磁及磁力磁場,那麼磁力做的功從哪裡來?

2020-12-27 任哥論道

大家很好奇,磁力是從哪來的呢?磁力做的功又是從哪來的呢?相信很多小夥伴都有這種疑問,在此為大家科普一下,希望對你有所幫助。

一.地球本身就是個大磁場

地球本身就是個大磁場,對於這點,我想大家不會懷疑。不過地球的磁場是怎樣運轉的,相信,大家還是感興趣的。

那麼我們的地球是怎樣的產生磁場的呢?

其實,我們的地球是分層的:地殼,地幔和地心。為什麼要講一講分層的問題呢?這一分層,問題就出來了。說白了,地球就好比一枚雞蛋,這樣比較容易理解。蛋殼就相當於地殼,蛋清就相當於地幔,蛋黃就相當於地心。地殼在這裡就不多說了,地幔可不消停,裡面充滿了液態的巖漿溫度可高達1300多度,越往地心溫度越高。剛才我們說地幔是液態的,時刻流動的,在地殼與地心之間形成回流。當然專業術語這裡就不介紹了,只要知道地幔時刻流動的就可以了。

接下來就是地心了。

地心可厲害了,是有鐵元素組成的球體,由於比重大,與地幔不是融合在一起的,這點很重要。地心也就是地核,地核溫度在4000-6800℃之間。外核主要是由液態或者熔融狀態的鐵,鎳,矽等組織構成的。而內核因為橫波存在,被認為是固態的。整個地核佔地球質量的31.5%

由於地球的公轉和自轉,地幔與地核的運動差,更主要的是地心中有鐵,鎳,矽等元素,這樣便產生了地球的磁場。

二.磁鐵的主要成分

我們都知道磁鐵能吸引鐵。那麼磁鐵的主要成分是什麼呢?

磁鐵不是人發明的,是天然的磁鐵礦古希臘人和中國人發現自然界中有種天然磁化的石頭。

磁鐵礦的主要成分為Fe3O4,晶體屬等軸晶系的氧化物礦物,晶體常呈八面體和菱形十二面體、集合體呈粒狀或塊狀。完好單晶形呈八面體或菱形十二面體,呈菱形十二面體時,菱形面上常有平行該晶面長對角線方向的條紋。集合體為緻密塊狀或粒狀。

這種石頭可以魔術般地吸起小塊的鐵片,而且在隨意擺動後總是指向同一方向。早期的航海者把這種磁鐵作為其最早的指南針在海上來辨別方向。最早發現及使用磁鐵的應該是中國人,也就是利用磁鐵製作「指南針」,是中國四大發明之一。

問題來了,磁鐵為什麼能吸引鐵呢?

這就要好好研究一下磁鐵的內部結構了。

三.磁鐵的內部結構及為什麼產生磁場

鐵一類的「鐵磁性物質」的內部有特殊結構。原來鐵磁性物質內部是由無數個極其微小的「小磁鐵」組成的。這些小磁鐵可以自由轉動,平時它們的方向雜亂無章,磁性相互抵消,整個物體不顯磁性。一旦它們與磁鐵相遇,鐵磁性物質內部的「小磁鐵」重新排序,方向相同,磁性互相疊加,於是使鐵磁性物質顯示宏觀磁性。

我們知道常見物質幾乎都由原子組成

核外電子繞著原子核運動於是運動電荷產生磁場有些物質就會出現單個原子淨磁矩不為零的情況

一般情況下物質內部磁矩排列不規律導致物質整體的磁矩為零

但是對於鐵磁性物質相鄰原子之間會發生相互作用然後許多相鄰原子組成磁疇每個磁疇從幾微米到幾毫米不等就如一個一個的小磁針

這些大大小小的磁疇在無外力作用下方向隨機整體不顯磁性一旦有外部磁場存在這些磁疇就好像受到命令一般磁矩偏向於同一方向然後整體顯磁性被磁鐵吸引

當外部磁場撤除後部分磁疇的磁矩方向有可能無法還原於是整體顯現出微弱的磁性於是我們說鐵被磁化了

當鐵磁性物質被加熱後分子的熱運動變得劇烈當熱運動的動能大於相鄰原子間的作用能時鐵磁性物質就會轉變為順磁性物質此時對外部磁場的反應弱表現為不再被磁鐵吸引這個臨界溫度稱之為居裡點,也就是我們說的「消磁」了。

四.既然知道了磁力來源於原子核外電子的作用,磁與電就分不開了

很明顯,磁力線本身就是原子核外電子運動的結果。那麼,磁與電就分不開了。

小結:簡單地說,磁力的本質是原子中電子的作用,也就是說,我們如果不斷地切割這些磁力線,我們就會額外地得到電子,這就是切割磁力線發電的基本原理。

就是說,磁力的功來自於磁場中的電子。

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