Откуда магниты берут энергию для отталкивания?

Если я разделяю два магнита, противоположные полюса которых обращены друг к другу, я добавляю энергию. Если я отпущу магниты, то, по-видимому, энергия, которую я добавил, будет использована для того, чтобы снова сдвинуть магниты вместе.

Однако, если я начну с двух отдельных магнитов (с одинаковыми полюсами, обращенными друг к другу), когда я двигаю их вместе, они отталкиваются друг от друга. Должно быть, они используют энергию, чтобы противодействовать силе, которую я применяю.

Откуда берется эта энергия?

пользователь68

Магнитное поле в этом случае (набор магнитов в пространстве, без учета теории относительности) консервативно, что означает, что оно обладает потенциалом — каждая позиционная конфигурация зарядов (или в данном случае диполей) имеет свою фиксированную энергию, не зависящую от истории. или импульсы зарядов. Таким образом, работа, которую вы прикладываете или получаете от их перемещения, просто обменивается с потенциальной энергией поля, а это означает, что энергия не создается и не уничтожается, а просто сохраняется.

Седрик Х.

Как сказано в комментарии, рассуждения в первом абзаце правильные, а во втором абзаце ошибочные.

Если вы прикладываете силу к чему-то, не «двигаясь», работа будет нулевой, и обмен энергией не будет задействован (это не то же самое, что делать это с вашими мышцами, но это другая история: p). (Работа = интеграл [от a до b] от F dot dx , поэтому Work = 0, если нет «циркуляции»).

Таким образом, магнитам не требуется никакой энергии для статического противодействия силе.

Однако, если вы двигаете магниты, вам нужно отдать некоторую энергию. Эта энергия сохраняется в системе, потому что вы вызываете изменение магнитного потока: движение магнита 1 вызывает изменение потока, наблюдаемое магнитом 2, и это меняет состояние магнита 2, увеличивая его потенциальную энергию.

Мартон Тренчени

Как указывали другие, вопрос несколько неправильно сформулирован.

Правильный вопрос, вероятно, просто «Почему магниты отталкиваются?», Который можно проследить до вопроса о том, почему электромагнетизм (ЭМ) является фундаментальной силой природы. Как и гравитация, это одна из четырех известных фундаментальных сил природы.

Относительно употребления слова «энергия». Энергия — это то же самое, что и работа. Работа = Сила х расстояние. Если на шар действует сила 10 Н [Ньютон], и вы перемещаете шар на 1 м [метр], вы совершили работу 10 Н x 1 М = 10 Нн = 10 Дж [Джоулей] (при условии, что сила постоянна). Итак, если вы двигаете магнитные полюса друг против друга, вы совершаете работу (против электромагнитного поля). Затем, если вы прикрепите магниты к пружине и отпустите, пружины сожмутся. 10 Дж работы, которую вы вложили, теперь хранятся в пружинах! Затем, если убрать магниты и надеть пулю на пружину, и отпустить, то можно использовать энергию 10 Дж для запуска пули (работа преобразуется в кинетическую энергию) и так далее =)

Что произойдет, если вы прижмете два магнита друг к другу, а затем просто удержите их на месте? В соответствии с приведенным выше определением Работа = Сила х расстояние, вы не выполняете работу, потому что расстояние = 0. Но очевидно, что ваши мышцы напрягаются, и вы сжигаете калории (это просто еще одна единица энергии или работы, например, джоули). , Итак, что происходит? С точки зрения учебника физики никакой работы не делается. Это все равно, что положить яблоко на стол. Стол противостоит силе гравитации, как ваши мышцы в примере с магнитом. У стола нет мускулов, потому что он сделан из дерева и не рухнет под тяжестью яблока. На самом деле жесткость стола/дерева обеспечивается электромагнитными взаимодействиями атомов, составляющих стол, так что в конечном итоге это ЭМ-сила, противодействующая гравитационной силе. В исходном примере с магнитом/мышцами ваши руки не сделаны из дерева, поэтому ваше тело выполняет биохимическую/механическую работу, чтобы сделать клетки рук более жесткими, сжигая пищу, которую вы съели. (Тот факт, что этот процесс несовершенен, означает, что тепло является побочным продуктом этого процесса, поэтому ваши мышцы нагреваются, и вы начинаете потеть.)

Карл Браннен

Я сделаю некоторые предположения о мотивации вопроса. Я думаю, вы ищете простой ответ. Вы выбираете магниты, потому что чувствуете, что понимаете, как работают электрические заряды.

В этом случае, если вы приблизите два положительных заряда друг к другу, вы также почувствуете отталкивание. Источником энергии для этого отталкивания является место, подобное источнику энергии для отталкивания двух магнитов, но немного менее сложное.

Вы правы в том, что в первом сценарии энергия, которую вы вкладываете в магниты, превращается в кинетическую энергию, но второй сценарий неверен. Сказать, что магниты используют энергию, чтобы отталкивать друг друга, все равно что сказать, что стул, на котором я сижу, использует энергию, чтобы не дать мне провалиться под землю. Надеюсь, это прояснит ваше понимание.