磁石の電子は何故エネルギーを失わないのでしょうか?

質問

電子が動いているため、磁石からは磁力が発生するのでしょうか？
仮にそうだとすると、この磁石に磁性体を近づけるなどすると、
電子のエネルギーは失われる気がしますが実際そんなことは無いと思います。
何故でしょうか?

回答No.4

dekopon211 · ベストアンサー

電子が原子核の周りを回ることで発生する磁力もありますが、
それは非常に弱く、また向きも揃っていません。
磁石の場合は電子のスピンが揃うことにより大きな磁力を出しています。

エネルギーに関してですが、No3さんのご説明のように、結局仕事をするのは外部の力です。
磁場を通して磁石のエネルギーは変わりますが、
結局は元に戻ります。

お礼

回答いただきありがとうございます。
＃３，４のご説明によりすっきりしました。
ただ、レーザーであれば、電子の軌道が変わることで、そこにエネルギーを保持していると思いますが、磁石の場合、
「磁場を通して磁石のエネルギーは変わりますが・・・」
どの様な状態で保持されているのでしょうか？
不思議で仕方が無くなりました。
もしよろしければ教えてください。宜しくお願い致します。

回答No.5

dekopon211

＞ただ、レーザーであれば、電子の軌道が変わることで、そこにエネルギーを保持していると思いますが、磁石の場合、
＞「磁場を通して磁石のエネルギーは変わりますが・・・」
＞どの様な状態で保持されているのでしょうか？

スピン間の相互作用による位置エネルギーが変化します。

お礼

回答いただきありがとうございました！

回答No.3

imoriimori

こう考えたらどうでしょうか。電子がどうとかではなく巨視的に見るわけで。漠たるイメージですが。
磁石は周囲空間に磁場を形成している。磁場エネルギーがある。
近くに磁性体がある。磁石からの距離に応じて位置エネルギーを持っている。
磁性体が引っ張られて磁石に吸い付けられ、位置エネルギーを失う。
失われた位置エネルギーは何か別のエネルギーの形態で保存されているかも知れないが、ともかくこれで初期状態からは変わった。即ち磁石は汲めども尽きぬエネルギー源ではない。
元の状態に戻すには、吸着した磁性体に力を加えて元の場所に戻すような仕事が必要である。失われたエネルギーはこの仕事で回復する。

お礼

回答いただきありがとうございます。
＃３，４のご説明によりすっきりしました。
ただ、レーザーであれば、電子の軌道が変わることで、そこにエネルギーを保持していると思いますが、磁石の場合、
「失われた位置エネルギーは何か別のエネルギーの形態で保存されているかも知れないが・・・」
どの様な状態で保持されているのでしょうか？
不思議で仕方が無くなりました。
もしよろしければ教えてください。宜しくお願い致します。

回答No.2

sky-plane

そもそも磁力というのは電子が動いて（電流が流れて）発生するものであることには間違いないと思います。そう仮定すると磁石には常に電子が動いて（電流が流れて）いるようになりますが、実際の磁石には電流は流れておらず、保磁力という考え方によってエネルギーが失われない理由が説明できます。

磁石に釘をくっつけると、くっついた釘も磁石のようになって別の釘（鉄など）をくっつけますよね。さらに、くっついた釘を磁石から離しても釘はわずかながら別の釘（鉄など）をくっつける働きが残っています。つまり、磁石から離したにもかかわらず、釘は磁力のエネルギーをもっています。これが保磁力です。

釘の場合は保磁力が小さいのですぐにただの釘に戻ってしまいますが、普段目にするような磁石は保磁力の非常に大きい物質を使っています。だから、エネルギーは失われないのです。電子が動いているのではなく磁石の中に磁力がためられていると考えたらいいと思います。

しかし、いくら保磁力の大きい磁石といえども、その保磁力は時間とともに減っていくので磁石は磁石ではなくなっていきます。

補足

回答いただきありがとうございます。

質問の仕方が悪かったようです。すみません。

棒磁石１本というよりも、磁石に限らず、常磁性のある物であれば、原子の方向？を一定に揃えることで、磁石になると思います。

この、（例えば、）鉄原子1個についての質問です。
この鉄原子1個は、磁力は使い果たしてしまって、磁力を失うという事は無いように思います。

レーザー光線などの励起などであれば、電磁波を放出すると電子の構造が変化し、外部からエネルギーを与えない限り、再度、電磁波を放出することは無いように思いますが、磁力の場合、この磁力を使っても？使っても見てる事が無いのが不思議と感じています。

何故でしょうか?

回答No.1

oo14

コイルばねと同じとイメージしてみられてはいかがでしょう。
自由長から変位させればエネルギーは蓄えられますが、
戻すと、エネルギーはなくなります。
磁石の磁力はひずみによるエネルギーと同じと
考えれば、あるいは位置エネルギーと同じでもいいです。
距離と力の関係が比例関係にないので、
理解しにくいのかもしれません。

補足

回答いただきありがとうございます。

位置エネルギーと考えると、磁力を放出したら、何らかの方法でエネルギーを注入しない限り、再度、磁力を生み出すことができないように思います。

例えば、レーザー光線などの励起などであれば、電磁波を放出すると電子の軌道が変化し、外部からエネルギーを与えない限り、再度、電磁波を放出することは無いように思いますが、磁力の場合、この磁力を使っても？使っても見てる事が無いのが不思議と感じています。

何故でしょうか?