水分子是有极性的分子。一碗水,你从外面是看不出极性的,因为它们杂乱无章排列着。但是你深入到细微部分看,它们未必是杂乱无章的。它们可能缔结成水分子团,在这样的分子团内它们正负结合着,就把它们的极性消失在分子团外部了。分子团之间缺少了电性,它们之间的力就薄弱,因此水依然具有流动性。分子团内,各水分子保持最低势能状态。如果没有外力作用,它们保持结合稳定。 当有外加电场作用于不显极性的水时,这些分子团中的水分子在电场力作用下会发生极化,也就是它们的极性指向会向外电场方向偏移。在一定范围内,这些偏移和外电场是正比关系。这时,这些偏移在分子团内就造成内部势能升高。这些势能升高是电场力做功所为,也就是电场力做功转化为分子团内部势能。 当外电场降低或撤除后,这些具有势能的分子团会回到原来状态,将能量释放出去,依然通过释放电场能的方式还给电源或一部分变成热能散发出去,分子团不保持存能量。用水做介质的电容器具有很大介电常数也是极化分子所为。 如果这个水是铁磁物质又如何呢?大家都知道,铁磁物质中有大量的磁畴,但和极性水分子一样,处于杂乱无章状态,但细微之处,它们也还是和附近的某个磁畴产生某种关联,最终对外不显磁场极性。各磁畴之间的互相关联具有力的性质,它们之间也是取得最小势能。 当有外部磁化力作用时,这些磁畴的极性会有和外场取得一致的倾向,这样磁畴之间的势能就会增加。每当外部磁场变化时,这些被扭转的磁畴总有部分改变了结合对象,使它们更趋近于外场方向。这种改变结合对象的过程就伴随着能量的变化,和旧磁畴间的的势能增加伴随着和新磁畴间势能的减少。因此这种转变基本不消耗磁铁内部总势能。但是外力——磁化力必不可少,没有它,磁化不能继续进行下去。被磁化的磁铁并不保留磁化时得到的磁化能,也就是说,磁场虽由磁化能引导出来,但它不是新增的能量。励磁电流去除后,多余的能量还会释放出去。也就是说磁化过程是借用外力实现的。我打个比方,把一个物体从一个地球上移走,送到一个质量、大小相同的另一个地球上去。你对这个物体的总做功到达两地球中点后就可以了。此后另一个地球对它的引力起作用,会把你给物体做的功,全部转化为动能。物体在和另一个地球碰撞时转化成热能散发掉(假定地球质量和物体质量相比十分巨大)。这就是说,物体的终极状态虽然改变了,但能量没有改变。能量改变发生在中间过程(物体的搬运过程,也相当于磁体的磁化过程)。 一个永久磁铁,可以磁化掉无数个曾经接近它的永磁铁毛坯,而自身磁性不减。这就是被磁化体“借力”。被磁化体被磁化过程中,降低永磁铁中的磁势能,当外力把被磁化物质拉走时,还要把这些能量还给磁铁,使它们的内能提高。 磁化需要能量,需要外界做功。但是磁化完成后,磁场的能量并不是外力做功的能量残留。也就是说,磁铁的内部总能量,磁化前后并不变。改变的是磁畴的排序。是磁畴的规则化对外表现的磁力。是所有磁畴总矢量和对外显示不为零的表现,而未磁化的毛坯,各磁畴对外也都有各自的势场,但因为无序,对外部各点的总矢量和也为零。 |