磁及磁力磁場,那麼磁力做的功從哪裡來?

2021-01-08 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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