Enthält eine magnetisierte Kugel Energie?

Ich glaube, diese Frage ähnelt "enthält ein Permanentmagnet Energie", was ich als nein verstehe, aber ich möchte nur sicher sein. Angenommen, wir haben eine gleichmäßig magnetisierte Kugel mit Magnetisierung M 0 z ^ und Radius R . Ich verstehe die resultierenden Felder als:

H ich N = M 0 3 z ^
B ich N = 2 μ 0 M 0 3 z ^
Für r < R, und
H Ö u T = M 0 3 R 3 R 3 [ 2 cos ( θ ) R ^ + Sünde ( θ ) θ ^ ]
B Ö u T = μ 0 H Ö u T
für r > R. Um also die Gesamtenergie zu erhalten, muss ich das Volumenintegral lösen:
U M = 1 2 H B D v
--EDIT: Hier sind meine Zwischenschritte, falls jemand offensichtliche Fehler sieht.
U ich N = 1 2 ( 4 3 π R 3 ) ( 2 μ 0 M 0 2 9 ) = 4 27 π R 3 μ 0 M 0 2
U Ö u T = 1 2 0 2 π 0 π R μ 0 ( M 0 3 ) 2 ( R R ) 6 [ 3 cos 2 ( θ ) + 1 ] R 2 Sünde θ D R D θ D ϕ
U Ö u T = π μ 0 M 0 2 R 6 9 0 π R 1 R 4 [ 3 cos 2 ( θ ) + 1 ] Sünde θ D R D θ
--ENDE BEARBEITEN

Dies löst sich wie folgt auf:

U ich N = 4 27 π R 3 μ 0 M 0 2
U Ö u T = 4 27 π R 3 μ 0 M 0 2
Das bedeutet, dass die Gesamtenergie des permanent magnetisierten Systems Null ist. Ist dies nur ein spezieller Fall, der zeigt, dass ein Permanentmagnet keine Energie hat? Meine Verwirrung entsteht durch den Versuch, ein Problem mit einem magnetischen Material in einem gleichmäßigen Magnetfeld zu lösen. Anstatt das Problem auf herkömmliche Weise zu lösen, wollte ich die im gleichförmigen Feld gespeicherte Energie, die in der magnetisierten Kugel gespeicherte Energie und die "Energiekopplung" zwischen diesen beiden Körpern finden. Ähnlich wie eine Gegeninduktivität, wenn man so will. Aber mein Argument fällt schnell auseinander.

Eine andere Art, meine Frage zu formulieren: Ich bin verwirrt, warum man mit einem Permanentmagneten, einer Quelle des magnetischen Flusses, keinen Begriff der gegenseitigen Induktivität definieren kann.

Ich denke, dass magnetisierte Systeme im Allgemeinen eine positive Gesamtenergie (in Bezug auf den unmagnetisierten Zustand) haben, wenn die magnetische Energie sowohl innerhalb als auch außerhalb des Magneten berücksichtigt wird. Ich bin also verwirrt, warum das Ergebnis hier Null ist. Aber selbst wenn es keine Fehler in der Berechnung gibt, muss das Nullenergieergebnis nur für den Sonderfall einer Kugel gelten, da ich mir ziemlich sicher bin, dass die Fälle eines langen, gestreckten Sphäroids oder eines flachen, abgeflachten Sphäroids einen positiven Gesamtmagneten ergeben Energien.
Das ist gut zu wissen, danke! Gut möglich, dass ich mich bei meinen Berechnungen vertan habe. Ich werde weitere Schritte hinzufügen, wenn jemand meine Arbeit überprüfen möchte.

Antworten (1)

Ah, ich habe das Problem gefunden.

Das Analoge, eine polarisierte Kugel, wird hier beschrieben

Ich habe die Gleichung verwendet:

U M = 1 2 H B D v
Was nur die von freien Strömen erzeugte Energie beschrieb . Aber hier wird die Energie vollständig in gebundenen Strömen gespeichert . Also muss ich die Gleichung verwenden:
U M = 1 2 μ 0 | B | 2 D v
Was alle Ströme berücksichtigt und zu einer positiven Nettoenergie führt.

BEARBEITEN:

Tatsächlich ist Stratton darauf bedacht, die Energie eines magnetischen Materials eindeutig zu definieren (Elektromagnetische Theorie, Abschnitte 2.15-2.18).

Die Energie eines magnetischen Körpers in einem magnetostatischen Feld ist gegeben durch:

U M = 1 2 M B D v

Damit ist die Energie nur des magnetischen Materials der Kugel gegeben durch:

U M = 3 2 v P μ 0 K H 0 2
Dabei ist Vp das Volumen des Partikels, H0 das angelegte Feld und K der Clausius-Mossotti-Faktor, definiert als:
K = μ R 1 μ R + 2

Was ist also Ihre Gesamtenergie für Ihre Sphäre? Und können Sie einige Links zur Interpretation Ihrer obigen Ausdrücke geben?
Die beste Referenz, die ich gefunden habe, war Electromagnetic Theory von Stratton. Siehe Kapitel II, Abschnitte 2.15-2.18. Die Gesamtenergie des Systems wird durch meinen zweiten Ausdruck angegeben, aber die Energie des magnetischen Körpers (dh der Kugel) wird durch einen separaten Ausdruck angegeben, den ich in eine Bearbeitung aufnehmen werde.