Woher bekommen Magnete die Energie zum Abstoßen?

Das Magnetfeld ist in diesem Fall (eine Reihe von Magneten im Weltraum, ohne Relativitätstheorie) konservativ, was bedeutet, dass es ein Potential hat – jede Positionskonfiguration von Ladungen (oder Dipolen in diesem Fall) hat ihre feste Energie, die nicht von der Geschichte abhängt oder Impulse von Ladungen. Die Arbeit, die Sie leisten oder durch ihre Verschiebung erhalten, wird also nur mit der potentiellen Energie des Feldes ausgetauscht, was bedeutet, dass keine Energie erzeugt oder zerstört, sondern nur gespeichert wird.

Wie in einem Kommentar gesagt wird, ist die Begründung im ersten Absatz richtig, aber die im zweiten Absatz ist falsch.

Wenn Sie eine Kraft auf etwas anwenden, ohne sich zu "bewegen", ist die Arbeit null und es findet kein Energieaustausch statt (dies ist nicht dasselbe wie mit Ihren Muskeln, aber das ist eine andere Geschichte: p). ( Arbeit = Integral [a bis b] von F Punkt dx ; also Arbeit = 0, wenn es keine "Zirkulation" gibt).

Somit benötigen die Magnete keine Energie, um der Kraft statisch entgegenzuwirken.

Wenn Sie die Magnete jedoch bewegen, müssen Sie etwas Energie abgeben. Diese Energie wird im System gespeichert, weil Sie eine Variation des Magnetflusses verursachen: Die Bewegung von Magnet 1 induziert eine Variation des Flusses, die von Magnet 2 gesehen wird, und dies wird den Zustand von Magnet 2 ändern und seine potenzielle Energie erhöhen.

Wie andere bereits angemerkt haben, ist die Frage etwas falsch formuliert.

Die richtige Frage ist wahrscheinlich nur „Warum stoßen sich Magnete ab?“, was auf die Frage zurückgeführt werden kann, warum Elektromagnetismus (EM) eine fundamentale Naturkraft ist. Sie ist wie die Schwerkraft eine der vier bekannten Grundkräfte der Natur.

Zur Verwendung des Wortes „Energie“. Energie ist dasselbe wie Arbeit. Arbeit = Kraft x Weg. Wenn auf eine Kugel eine Kraft von 10 N [Newton] wirkt und Sie die Kugel um 1 m [Meter] bewegen, haben Sie 10 N x 1 M = 10 Nn = 10 J [Joule] Arbeit verrichtet (vorausgesetzt, die Kraft ist konstant). Wenn Sie also die Magnetpole gegeneinander bewegen, leisten Sie Arbeit (gegen das EM-Feld). Wenn Sie dann die Magnete an einer Feder befestigen und loslassen, werden die Federn zusammengedrückt. Die 10 J an Arbeit, die Sie investiert haben, werden jetzt in den Federn gespeichert! Wenn Sie dann die Magnete entfernen und eine Kugel auf die Feder legen und loslassen, können Sie die 10 J Energie verwenden, um die Kugel zu starten (Arbeit wird in kinetische Energie umgewandelt) und so weiter =)

Was passiert, wenn man zwei Magnete gegeneinander drückt, sie dann aber einfach festhält? Gemäß der obigen Definition von Arbeit = Kraft x Entfernung verrichten Sie keine Arbeit, da Entfernung = 0. Aber Ihre Muskeln belasten sich eindeutig und Sie verbrennen Kalorien (was nur eine andere Energie- oder Arbeitseinheit wie Joule ist). , was ist denn los? Aus Sicht eines Physiklehrbuchs wird keine Arbeit geleistet. Dies ist vergleichbar mit dem Platzieren eines Apfels auf einem Tisch. Der Tisch wirkt der Schwerkraft entgegen, wie Ihre Muskeln im Magnetbeispiel. Der Tisch hat keine Muskeln, weil er aus Holz ist und unter dem Gewicht des Apfels nicht zusammenbricht. In Wirklichkeit wird die Steifheit des Tisches/Holzes durch die elektromagnetischen Wechselwirkungen der Atome, aus denen der Tisch besteht, bereitgestellt, also ist es letztendlich die EM-Kraft, die der Gravitationskraft entgegenwirkt. Im ursprünglichen Magnet/Muskel-Beispiel bestehen Ihre Arme nicht aus Holz, also leistet Ihr Körper biochemische/mechanische Arbeit, um die Zellen in Ihren Armen zu versteifen, indem er die Nahrung verbrennt, die Sie gegessen haben. (Die Tatsache, dass dieser Prozess nicht perfekt ist, bedeutet, dass Hitze ein Nebenprodukt dieses Prozesses ist, deshalb werden Ihre Muskeln heiß und Sie fangen an zu schwitzen.)

Ich werde einige Vermutungen über die Motivation für die Frage anstellen. Ich denke, Sie suchen nach einer einfachen Antwort. Sie entscheiden sich für Magnete, weil Sie das Gefühl haben zu verstehen, wie elektrische Ladungen funktionieren.

Wenn Sie in diesem Fall zwei positive Ladungen nahe aneinander bringen, spüren Sie auch eine Abstoßung. Die Energiequelle für diese Abstoßung ist ein ähnlicher, aber etwas weniger komplizierter Ort als die Energiequelle für die Abstoßung zweier Magnete.

Sie haben Recht damit, dass im ersten Szenario die Energie, die Sie in die Magnete stecken, zu kinetischer Energie führt, aber das zweite Szenario ist falsch. Zu sagen, dass die Magnete Energie verbrauchen, um sich gegenseitig abzustoßen, ist wie zu sagen, dass der Stuhl, auf dem ich sitze, Energie verbraucht, um mich davon abzuhalten, in den Boden zu sinken. Ich hoffe, dies verdeutlicht Ihr Verständnis.

Magnetfelder werden durch die niederatomaren Magnete im Inneren des Metallstücks erzeugt, wobei sich die Eisenstücke in einer Linie aneinander ausrichten. Der eigentliche Magnetismus in einem Stück Eisen oder in einem Permanentmagneten wird tatsächlich im Wesentlichen durch Elektronen verursacht, die mehr in eine Richtung als in die andere kreisen, und die Elektronen werden ewig weiter kreisen, bis etwas sie unterbricht.

Darüber hinaus wird die Arbeit, die Sie durch das Verschieben von 2 Magneten leisten oder erhalten, nur mit der potentiellen Energie des Feldes ausgetauscht, was bedeutet, dass keine Energie erzeugt oder zerstört, sondern nur gespeichert wird.