磁铁吸附在冰箱侧面能几十年不掉,它克服重力的力量是从哪来的?

日常生活中,人们常常在冰箱侧面贴上一些可爱的小物件来加以点缀,我们都知道,这些小物件之所以能够贴在冰箱上,其本质就是它有一块磁铁,根据我们的经验来看,在不加干预的情况下,这些磁铁能够吸附在冰箱侧面很长一段时间,甚至可以说几十年都不会掉。

于是问题就来了,磁铁吸附在冰箱侧面,地球的重力会把它“往下拉”,因此磁铁必须要有克服重力的能量,那么它克服重力的力量是从哪来的呢?

我们先来分析一下磁铁的受力状态,当磁铁吸附在冰箱侧面时,它是处于一个静止的状态。根据牛顿第一运动定律,一个处于静止状态的物体,其受到的合外力是为零的。

 

经过简单的分析后,我们就可以得出,在这种状态下,磁铁受到了4个力,分别为磁铁与冰箱侧面之间的电磁力(这是两个力)、地球的重力以及磁铁与冰箱侧面之间的摩擦力,这4种力两两相对,互相平衡,从而使磁铁处于一个静止的状态,如下图所示。

因此我们可以得出一个结论,“磁铁吸附在冰箱侧面,几十年都不会掉”这种现象,是一种力的平衡现象,而造成这一现象的原因,归根结底就是重力与电磁力之间的较量结果。

 

那么磁铁的电磁力是从哪来的呢?这里我们来简单科普一下。

原子是由原子核和电子组成,其中原子核带正电荷,电子带负电荷。在原子的内部,电子不停地围绕着原子核运动,同时也在不停地自旋,因为运动的电荷会形成电流,同时也会产生磁场,所以电子的这种运动就会产生磁场。

在大多数物质中,由于电子的运动杂乱无章,这种由电子产生的磁效应就会相互抵消,从而在宏观上不表现出磁性。但在铁磁性物质的电子之间,存在着一种极强的相互作用——“交换耦合”,这使得它们产生的磁场能自发地在一个个很小的区域内统一起来,我们将这一个个很小的区域称之为“磁畴”。

从上图可以看到,对于一块铁磁性物质来讲,它是拥有很多磁畴的,一般情况下,这些磁畴是不会沿同一方向来排列,因此它们也不会在整体上表现出磁性。然而如果我们将一块铁磁性物质放入一个足够强大的磁场中,那么这些磁畴就会在外力的作用下被“拉”到同一个方向,在这种情况下,这块铁磁性物质就被磁化了,变成了我们常见的磁铁。

需要指出的是,由于铁磁性物质的电子之间存在着极强的“交换耦合”,因此铁磁性物质在磁化以后,即使外部的磁场被撤去,其内部磁畴依然会保持一致,从而在宏观上表现出磁性。根据量子理论,在磁铁(永磁体)内部的磁畴是能量最小化后的结果,这就意味着,只要没有外力干预,那么磁铁就一直拥有磁性,这就是磁铁磁铁吸附在冰箱侧面,几十年都不会掉,它克服重力的力量来源。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

内容来自 魅力科学君(本文部分图片来自网络,如有侵权请与作者联系删除)