Re: [問題] 磁鐵吸迴紋針有無作功？

看板Physics作者iserlohn (乙瞎阿冷)時間7年前 (2017/04/02 01:56)推噓4(4推 0噓 32→)

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※ 引述《hwider (海裡的星辰)》之銘言： : ※《iserlohn (乙瞎阿冷)》的觀察啦： : : 標題: Re: [問題] 磁鐵吸迴紋針有無作功？ : : 時間: Sat Apr 1 18:53:47 2017 : : 　 : : 首先，我想說的是，就古典電磁學的定義來講，磁場是不會做功的。 : : 　 : : 原因很簡單，磁力永遠跟帶電物體的運動方向垂直，所以不可能做功。 : : 　 : : 不管你的磁場是均勻不均勻、是不是隨時間變化都一樣。 : : 　 : : 但是雖然磁場本身不做功，如果同時有其他力存在，磁場可以「導致」其他力做功。 : : 　 : 我覺得您這邊的關於"間接"的解釋很精彩 : 人生第一次懂了 : : 　 : : 一個最簡單的例子是這樣。 : : 　 : 恕刪 : : 　 : : 在這個例子裡面，磁場有作功嗎？沒有！ : : 　 : : 但是磁場「造成」電子的動能變化，透過讓電子受到左半部電場的影響。 : : : 　 : : 　 : : 　 : : 做功的是迴紋針裡面原子核產生的電場。 : : 　 : : 磁場會改變迴紋針原子裡面電子的軌道，讓它傾向於更靠近磁鐵一些。 : 前面您的解答裡面，在下也有留言上面這句有點"為什麼會如此"的疑問， : : 　 OK。這比較難解釋一點，我試著講看看。在電磁學裡面，我們知道繞著固定軌道跑的電流產生的磁場看起來像小磁鐵，所以我們給每一個這種迴路電流assign一個「磁矩」。你可以把磁矩造成的磁場想像成一個南極跟北極非常非常接近的小磁鐵。在一個磁場裡面，磁矩受到的力有兩種。均勻磁場會轉動磁矩讓磁矩的方向與磁場對齊，而不均勻磁場會讓磁矩受到一個淨力。（因為南極跟北極非常非常近，所以均勻磁場對兩個磁極造成的磁力大小相等方向相反）這些轉動或移動的力可能會對磁矩作功，但就如我前面所說的，這些功的來源是把電流拘束在電線上的力量而不是磁力。重要的點是，要讓磁矩移動，必須要有不均勻的磁場！你把迴紋針放在磁鐵旁邊，磁鐵產生的磁場是不均勻的（離磁鐵近較強），所以迴紋針電子構成的磁矩會一邊轉向（磁化）一邊被磁極吸過去。 : : 原子核因為跟電子之間的電場相互作用而被拉上去。 : : 我蠻能接受這樣解釋，謝謝您！ : : 只是剛剛睡時突然想到還有一點疑問， : 不曉得是不是晚上了腦袋又開始不清楚^^ : : 一般而言，一塊鐵(例如迴紋針或者鐵戒指，以下用小塊的鐵塊代稱)，我用手拿著它靠近磁鐵時，: [0;1;37m磁通量會一直改變，這樣鐵塊表面不是會有感應電流產生嗎？而且這感應電流造成的磁場剛好跟外面磁鐵的 : 磁場反方向啊。 : 這樣一來如何解釋1."當我放手時鐵塊會被吸過去"，而不是反彈？ : 以及如何解釋2.鐵塊裡面電子軌域傾向靠近磁鐵？它不是已經變成感應電流裡面的電子了嗎？ : : 手機打字同時，突然有個自問自答，不曉得對不對 : : 猜測1.因為感應電流的磁場比較小，抵抗不了磁鐵間接造成的吸引力，所以鐵塊仍然被吸過去？ : 或者，雖然用手拿著鐵塊靠近磁鐵時，靠近的過程的確有磁通量的改變，但是一決定放手時，磁鐵立刻": m磁化"了鐵塊，所以變成相吸方向的NS極？ : : 上面這樣猜測好像也怪怪的 : 的確是會有感應電流，不過感應電流所造成的磁場比較小，要看到明顯的現象必須要用不能被磁化的金屬來作實驗。相信你應該有看過eddy current的科普演示： https://www.youtube.com/watch?v=MglUIiBy2lQ

另外，以防你會感到疑惑，變化的磁場會產生感應電流。感應電流是加速的電子，所以有被做功。但是這個功同樣，不是來自於磁場。馬克示威方程式說變化的磁場會產生「感應電場」，是感應電場對電子做的功。加速電子之後讓我們可以看到巨觀的感應電流。不然在電路裡面如果原先沒有電流，電子的速度是零。沒有速度的電子是不會受到磁力的，當然也不會動。 : 因為如果不用手拿，而是從光滑桌子一端讓鐵塊等速度朝向磁鐵，就經驗看來，鐵塊靠近磁鐵到一定: m程度時，就會被磁鐵吸引過去，而速度增加，而不是減速，當然想像中也不會反彈，，， : : 磁化又是怎麼回事？ : 啊，這個我估狗搜尋，先不勞煩 : : : 　 : : 　 : : 首先，磁場不是一種能量。 : : 　 : : 需要能量才能產生磁場，不過磁場不是能量，他不能被隨便「消耗」。 : : 　 : : 況且迴紋針被吸上磁鐵磁化之後自己也會產生磁場，總磁場反而還變大了勒。 : : 　 : : 　 : : 磁鐵的磁場是固定的，把東西吸起來並不會損耗任何磁場。 : : 　 : : 如果你覺得這不好想像，我給你一個類比： : : 　 : : 蘋果從樹上掉下來到地上，並不會改變蘋果的質量。因此蘋果產生的重力場沒有改變。 : : 　 : : 同理，地球產生的重力場也沒有改變，沒有任何東西「少掉一部分」。 : : 　 : : : 我的想像是，磁鐵的磁場吸起迴紋針之後，磁場"少了"一部分，就是磁場的消耗了。請 : : 問這樣想對嗎？ : : 　 : : 這是個很深刻的問題，看要深入到怎樣的成分會有不同的回答。 : : 　 : : 普通的解釋是磁鐵裡面有很多繞著原子核轉的電子， : : 　 : : 我們知道如果電子在繞圈運動，會產生一個類似看起來像小磁鐵的磁場。 : : 　 : : 普通的狀況下，這些小磁鐵並不會指向某個特定方向，所以巨觀上沒有磁效應。 : : 　 : : 但是組成磁鐵的物質很特別，磁鐵原子間的交互作用會固定小磁鐵的方向， : : 　 : : 因此很多小磁鐵加起來我們就看到一個大磁鐵。 : : 　 : : 要解釋小磁鐵彼此的交互作用為什麼會固定方向需要量子力學。 : : 　 : : 　 : : 但是如果就最底層的問題而言，答案是，我們不知道，就是有磁場。 : : 　 : : 這個問題就跟問為什麼會光速不變、或為什麼重力是平方反比一樣。 : : 　 : : 我們只知道實驗結果告訴我們事實是這樣。 : : 　 : : 　 : 下面那個關於交換粒子的講法，大學當時也是覺得難以想像，不過，量子物理裡面難以想像的還少嗎，哈，所以: [0;1;37m暫時我還沒準備好去了解這個部分，就暫時按下了，也感謝您的解答！ : -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 130.126.255.243 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Physics/M.1491069363.A.9D3.html

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