比如,用磁鐵制造可能的懸浮裝置。
【陳浩的回答(13票)】:
受邀。很考驗(yàn)概念的問(wèn)題……我試試
大家都說(shuō)了能量只能轉(zhuǎn)換,不能憑空產(chǎn)生或消失。
我只回答“來(lái)自于哪兒”,也就是什么能量轉(zhuǎn)換成了磁能。
能量的存在體現(xiàn)為可以對(duì)外做功,或可以轉(zhuǎn)換為其他能量。
磁場(chǎng)的能量表現(xiàn)為處于其中的物體可能發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變(動(dòng)能和磁能的相互轉(zhuǎn)換),或者位置的改變(勢(shì)能和磁能的相互轉(zhuǎn)換)。
磁場(chǎng)有兩種來(lái)源:電流,磁矩。
那么產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)就有兩種方法:電流,磁化。
這兩種方法都需要能量:
磁化的過(guò)程,就是翻轉(zhuǎn)或制造材料中粒子的磁矩,這需要克服的粒子間的作用,或翻越能壘。
用電流產(chǎn)生磁場(chǎng),是電子的勢(shì)能(來(lái)自電場(chǎng)),轉(zhuǎn)為磁能和電子的動(dòng)能,后面二者不能分開。
磁場(chǎng)的能量就可以用產(chǎn)生他所需的能量來(lái)衡量。
回答@杜群在評(píng)論中的提問(wèn):涉及宇宙起源,我不知道。
回答@于小白在評(píng)論中的提問(wèn):
一塊在懸崖頂端的巨石,其重力勢(shì)能不也從遠(yuǎn)古保留至今么?永久磁鐵的情況,可以類比成山頂上的一個(gè)坑里的一個(gè)石頭。你要釋放它的勢(shì)能,還要給它能量,讓它先從坑里出來(lái)。
一個(gè)人工磁化的方法是加溫至居里溫度以上,此時(shí)完全沒(méi)有磁性,然后在外磁場(chǎng)中降溫,發(fā)生磁化,分子間相互作用能降低,產(chǎn)生了磁場(chǎng);人工退磁的方法也是加溫至居里溫度以上,分子磁矩?zé)o規(guī)則排列,相互作用能增高,磁場(chǎng)消失。
看起來(lái)是分子作用能轉(zhuǎn)成了磁能,但是這個(gè)轉(zhuǎn)換還必須有其他能量幫忙。加溫就相當(dāng)于把石頭從山頂?shù)目永锇岢鰜?lái),然后在扔下來(lái)(降溫),在一定外界條件下會(huì)落到山腳下,否則落回坑里。
其他磁化的方式包括適當(dāng)?shù)耐獯艌?chǎng),這種外磁場(chǎng)在自然界中是很常見的,如地磁。這種磁化可以類比為把石頭慢慢推上山/推出坑。
關(guān)于磁懸浮,目前用的不是超導(dǎo)體,是電磁鐵。由于電阻的存在,我們不能阻止電能轉(zhuǎn)為熱能擴(kuò)散到環(huán)境中去,因此如果不持續(xù)提供電能來(lái)補(bǔ)充這個(gè)消耗,重力勢(shì)能是無(wú)法保持的。注意如果斷了電能,能量不是被用完,而是轉(zhuǎn)成了熱能擴(kuò)散了。
【時(shí)見疏星的回答(4票)】:
先說(shuō)評(píng)價(jià),場(chǎng)當(dāng)然是有能量的。否則我們?cè)趺磿?huì)去討論能動(dòng)張量這種東西。
磁場(chǎng)的能量,如果是孤立的電磁場(chǎng),那么磁場(chǎng)能量可以和電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化,但是不能憑空消失。像是程鵬所說(shuō),能量守恒,一般是必須遵守的,即能量只能轉(zhuǎn)化和傳遞,不能憑空消失,但是我想,這里的消失應(yīng)該就是指的轉(zhuǎn)化和傳遞,只不過(guò)沒(méi)有用對(duì)正確的詞語(yǔ)。但是如果是一個(gè)孤立的凈磁場(chǎng),這個(gè)描述起來(lái)就很麻煩,因?yàn)橐紤]這個(gè)凈磁場(chǎng)的起源。這里先不管這些,倘若我們只考慮理想情況,那么對(duì)于自然是沒(méi)法轉(zhuǎn)化的。但是我們生活中所見的磁鐵,并非凈磁場(chǎng)這么簡(jiǎn)單,我們用的磁鐵時(shí)間長(zhǎng)了,最終自己減弱,轉(zhuǎn)換成了分子動(dòng)能,和少量的電磁波。
我想,上面說(shuō)的這些并不是一般人想要的結(jié)果。就像評(píng)論里面提到的,我們其實(shí)一般關(guān)心磁場(chǎng)和其他物體的相互作用能,而不是關(guān)心磁場(chǎng)的自能。
比如懸浮裝置,這個(gè)系統(tǒng)自然是有勢(shì)能的,但是這個(gè)體系會(huì)存在自然的能量衰減的過(guò)程,原因是材料(比如一塊磁鐵)并不是我們所見的那么簡(jiǎn)單,它內(nèi)部有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)會(huì)消耗磁場(chǎng)能量。使得磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化成其他的能量。
問(wèn)題中談到磁場(chǎng)能量是哪里來(lái)的。這個(gè)問(wèn)題,我水平不夠難以回答。曾經(jīng)考慮過(guò)凈磁場(chǎng)場(chǎng)的傳播子,但是沒(méi)能理解。總之呢,如果我們什么都不管,一個(gè)臉皮比較厚的人,可以直接說(shuō)這些能量自然是電磁相互作用。這樣回答是很無(wú)聊,但是我真的不知道怎么解釋。這就像是要解釋,為什么在地球上,一個(gè)高度大的物體的引力勢(shì)能要比高度低的勢(shì)能大一樣……
續(xù):
如果非要給一個(gè)解釋,大概可以這么理解。在場(chǎng)論里面,我們用電磁張量來(lái)描述電磁場(chǎng)T=F^2。電磁張量又是寫成 F=dA .這里A是一個(gè)四維矢量,我們?cè)谇竽芰康倪^(guò)程中,存在對(duì)磁場(chǎng)的勢(shì)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的平方。然后我們馬上就聯(lián)想到,在經(jīng)典理論中,一個(gè)粒子的位移對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的平方(活著說(shuō)動(dòng)量對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù))對(duì)應(yīng)著動(dòng)能。如果我們把A的一次導(dǎo)數(shù)跟動(dòng)量對(duì)應(yīng)起來(lái),那么就可以有一點(diǎn)比較形象的理解了。
但是這樣理解有些生硬啊。
【李志華的回答(3票)】:
磁場(chǎng)是一種場(chǎng)。場(chǎng)的能量是一種勢(shì)能,只有這種能量只有在發(fā)生變化時(shí)才會(huì)被釋放或者吸收。打個(gè)比方,一個(gè)被壓縮的彈簧,如果保持被壓縮的狀態(tài),他的能量就不能被釋放出來(lái)。而且彈簧本身是不能持續(xù)釋放能量的,它釋放能量的前提是先吸收能量,磁鐵(磁場(chǎng))也是如此。如果你要用場(chǎng)的能量本身來(lái)發(fā)電,必須在一個(gè)巨大的循環(huán)之中。例如,太陽(yáng)用熱能將海水蒸發(fā),水通過(guò)降雨落到地面,然后匯集到水庫(kù)中,發(fā)電機(jī)通過(guò)水的落差(引力場(chǎng))來(lái)發(fā)電——直接用來(lái)發(fā)電是引力場(chǎng)中的重力勢(shì)能,而真正的能量則來(lái)自于太陽(yáng)。
【張恩坤Zebra的回答(0票)】:
電磁鐵的力量會(huì)隨著電力停止。地球這個(gè)磁場(chǎng),覺(jué)得好像是一個(gè)回路,衰減的非常慢。
磁場(chǎng)本身并沒(méi)有力量,其實(shí)物理上也不是用力量來(lái)形容磁場(chǎng)的,就好像電,從沒(méi)有說(shuō)電的力量。
我修改了下問(wèn)題。覺(jué)得能量比力量更貼切。
【旗芃的回答(0票)】:
概念上有問(wèn)題,能量不會(huì)消失,只是會(huì)傳遞。
懸浮是一種現(xiàn)象,如果只從懸浮來(lái)看的話,本身并不消耗能量,當(dāng)然,為了和外界的總熵總是增大,磁鐵表現(xiàn)出來(lái)的“磁力”是慢慢消失的。
【陳威烈的回答(0票)】:
如果換個(gè)角度來(lái)看磁能,把其看作是與充放電一樣的過(guò)程是否會(huì)更容易理解。當(dāng)前磁應(yīng)用還是在磁體的某一層面,未能發(fā)揮其內(nèi)含的能量。正如原子能的應(yīng)用是激發(fā)內(nèi)部蘊(yùn)含的大量能量一樣。永磁體在制造過(guò)程中,也需要與之匹配的能量進(jìn)行分子的重新序列化,這是否就是一種充能的方式,在應(yīng)用過(guò)程中因?yàn)闆](méi)有正確釋放,所以我們會(huì)有“永磁體”一說(shuō),掌控釋放磁能的方式后,說(shuō)不定又是一種新型能源。
【張鵬的回答(0票)】:
根據(jù)能量守恒原則,我認(rèn)為是能量積蓄跟釋放的過(guò)程。當(dāng)積蓄的能量釋放完的時(shí)候這種力量就會(huì)消失。
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