磁石について

質問

永久磁石は強磁性体を引き付けますが、
そのエネルギーはどこから出てくるのでしょうか。

電磁石ならば、コイルに流れる電流が変化するとかで、
わかるような気もしますが、
永久磁石については、エネルギー供給源はありませんよね？

たとえば、鉄の塊の上方から磁石を近づけていけば、
鉄の塊は重力に逆らって磁石の方に飛んでくるはずです。
このエネルギーがどこから来ているのか知りたいです。

磁石から剥がす時に、エネルギーが必要ですが、
一時的に負のエネルギーでも持っているのでしょうか。

同じことが重力にも、電荷にも言えるような気がします。
それが、基本的な力ということなのでしょうか。

マクスウェルの方程式を解く脳みそがないので教えてください。

回答No.1

BookerL · ベストアンサー

＞永久磁石は強磁性体を引き付けますが、
＞そのエネルギーはどこから出てくるのでしょうか。

　たしかに何もないところからエネルギーが出てくるようにも見えますね。そこで、このようなエネルギーは「潜在的な」エネルギーと考えられます。英語では potential energy （potential＝潜在的な）ですが、日本語では普通「位置エネルギー」と呼ばれます。

　位置エネルギーで一番最初に中学校で学習するのが「重力による位置エネルギー」で、物体が高いところにあるときに持っているエネルギーと習います。
　「物体が持っている」という風に考えてもいいのですが、見方を変えると、地球と物体という、お互いに引き合う力を及ぼす物体の距離が離れているとき、この位置関係の中にエネルギーがある、と考えることもできます。だから「位置エネルギー」とよぶのでしょう。

　磁石と鉄の場合でも同じで、磁石と鉄が離れて存在するとき、その間に「磁気力による位置エネルギー」があるのです。このエネルギーによって、例えば鉄球の上に磁石がくると、鉄球が持ち上げるという仕事がされます。

＞磁石から剥がす時に、エネルギーが必要ですが、

　磁石と鉄球がくっついているときを基準にすると、引きはがすときにした仕事が磁気力の位置エネルギーになる、と考えることができます。

＞一時的に負のエネルギーでも持っているのでしょうか。

　その通り！そう考えていいのです。
　位置エネルギーの大きさは、基準の取り方で変わってきます。重力による位置エネルギーは地表を基準にすることが普通ですが、そうでなければならないことはありません。ビルの屋上を基準にしても良く、その場合、物体が地表にあるときの重力による位置エネルギーは負になります。

　磁石の場合でも、磁石と鉄球がくっついているときを基準にすると、離れているときには正の位置エネルギーがあると言えますが、磁気力や静電気力の位置エネルギーの場合、計算しやすいように、引き合う物体が無限の距離離れている場合を基準にするのが普通です。そうすれば、近づけば近づくほど位置エネルギーは小さくなり、負の値になります。

お礼

回答ありがとうございます。

わかりやすく解説していただき、混乱した頭を整理できました。

ただ、鉄に着磁したとき、ある有限のエネルギーで着磁できることは明白ですが、その磁石は全宇宙に存在する鉄に対して、位置エネルギーを突然発生させますが、これでは無限のエネルギーが発生するのではないでしょうか。

電磁気力は到達距離が小さいので、極限をとれば有限になるのでしょうか。

新しい質問で作ってみます。

回答No.3

noname#111804

「月と地球は引力で引き合っていますがそのエネルギーは
どこから出てくるのか？」と同じ質問ですね。

どこからも出てきません。質量があれば、それは
引力でお互いに引っ張り合います。
ただそれだけのことですが。

それならば、何故質量には重力が作用するのか？
答えるのハ難しい。

同じことで、何故N極とS極は引っ張り合うのか
答えるのは難しい。

お礼

回答ありがとうございます。

基本的な力が存在するから、位置エネルギーが生まれる。
これが位置エネルギーの定義なんでしょうか。

そうすると、定義ですから、そういうものと考える以外ないですね。

回答No.2

eroermine

現代科学では磁力は静電力に由来する、ということになっています。
では静電力はどこから来るのか。
そのうち研究が進めば XX 力から来る、ということが判明するかもしれません。
しかしその XX 力はわからない。

ところで、机の上に1Kgの物体があり、机がつぶれなければ机はその1Kgのぶったいを1Kgの力で上に押し上げてることになります。
しかし机にエネルギーはなさそうです。
すると力がエネルギーでは無い?

お礼

回答ありがとうございます。

電磁気力は光子のやりとりだという説が有力ですが、なんで光子をやり取りすれば力がはたらくのか。それが基本の力ですかね？

ん～物理学の発展を期待するばかりですね。
そして一般人にわかるように伝えてくれる人も重要ですよね。