永久磁石による加速エネルギー

永久磁石による加速エネルギー

について教えて下さい。

永久磁石２個を持ってきて片方を固定し
もう一方の異なる磁極を近づけると、吸
引力で加速しながら吸着します。

外部から加速エネルギーは供給してい
ないので内部エネルギーと思いますが
何のエネルギーを消費したのでしょうか？

磁力に変化は無いようなので何かを消費
したようには見えないです。

再度引き離すには外部エネルギーが要
りますが、初回の加速エネルギー供給源
は何でしょう？　

No.3 ベストアンサー 回答者： fusem23 回答日時： 2010/08/13 18:14

永久磁石を作るときにエネルギーを与えています。

元の磁石の材料に磁力は無く、着磁しなければ磁石にはなりません。
その時のエネルギーが、吸引力の元となります。

磁力のエネルギー密度は、磁束密度の２乗に比例します。
永久磁石がくっついた場合、異なる極が近づくことにより、磁力が打ち消し合い、磁束密度が低下します。
よって、その分だけ磁力によるエネルギーは減少します。
釘がくっつく場合も、釘が磁化されるので、事情は同じです。

もしまだ説明が分かりにくければ、電磁石で考えてみてください。
電磁石を働かせるには、エネルギーが要ります。
２つの電磁石がくっついた場合、エネルギーが減少しています。
その分が、運動エネルギーに使われています。

この回答へのお礼

ご回答回答ありがとうございました。

>永久磁石を作るときにエネルギーを与えています。

なるほど、これが初期エネルギーとなるのですね。


>永久磁石がくっついた場合、異なる極が近づくこと
>により、磁力が打ち消し合い、磁束密度が低下し
>ます。

つまり近づく（運動する）＝位置エネルギー消費＝
磁力（引力）の低下で折り合いがつく。

ひき離す場合も、離れる（運動する）＝位置エネ
ルギー獲得＝磁力（引力）増大。

重力源の中心に近づくほど重力（引力）が減るの
と同じですね。

よくわかりました。

ちなみに惑星重力による宇宙機のスイングバイ
を調べたところ、惑星の公転位置エネルギーを
僅かに（無視できるほど）奪っていることが判り
ました。　

有り難うございました。

お礼日時：2010/08/14 09:27

No.2 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2010/08/13 14:26

　まず大きなお世話です。

自分は内部エネルギーという言葉にそんなに違和感を持ちませんが、#1さんの回答にあるように、

＞なお、「内部エネルギー」というのは、熱力学で熱や仕事に関係するエネルギーのことで、今回のような場合には使いません。

なので、このような意見には、素直に従った方が無難です。質問の際に、いらぬ揚げ足を取られなくなるので^^。


＞磁力に変化は無いようなので・・・

　あります。永久磁石は常にＮＳ極を持っているので、2個の永久磁石を用意すれば、(1)ＮＳと(2)ＮＳとなり、全体の磁場は、4個の磁極Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓの発生する磁場の重ね合わせになります。(1)と(2)が合体すれば、(1)(2)ＮＳとなるので、2個の磁極Ｎ，Ｓの発生する磁場に変化します。
　この減少分は、#1さんの仰る「磁気力による位置エネルギー」の減少になり、全体の内部エネルギーは保存されるはずなので、位置エネルギーの減少分は、加速度を通じて永久磁石の運動エネルギーに（という内部エネルギーに）化けます。


＞再度引き離すには外部エネルギーが要りますが、・・・

　合体は、内部エネルギー不変のまま行えるのに、分離には外部仕事が必要なのでエネルギー収支が合わない、という趣旨だろうと想像します。

　あまり強調されませんが、磁石ー磁場を含む系のエネルギーを考える場合には、磁力（電磁気学）だけでなく運動方程式（力学）も考慮する必要があります。磁石は運動方程式に従う、物体だからです。質問者様も、加速エネルギーという言葉で力学を適用しているので、これは納得できると思います。

　だから最後まで力学を適用します。合体する永久磁石とは、2個の物体の衝突です。物体の衝突には、弾性衝突と非弾性衝突があった事を思い出して下さい。磁石(1)と(2)が等質量の物体で弾性衝突ならば、運動量保存則と、速度に関するエネルギー保存則とから、二つの磁石は合体直後に、衝突速度そのままに逆向きに動き出す事になります。それは衝突過程を逆向きにたどる運動になるので、弾性衝突の場合二つの磁石は、接近→合体→分離→接近→・・・の振動運動を永久に続ける、という結果になります。理屈ではそうであっても、現実にこんなに上手くは行きませんが・・・。運動摩擦などがあるので。

　非弾性衝突の場合、持っていた運動エネルギーは全部失われます。なくなったエネルギーは、衝突時の物体振動による摩擦→熱や、衝突音によって、系外に散逸すると考えられています。だから、

＞再度引き離すには外部エネルギー（外部からの仕事）が要ります・・・

は正しいです。ただし系外に散逸するエネルギーまで含めれば、エネルギー収支は成り立っています（と考えられています^^）。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

私の場合思いつきでの質問も多いのですが、
やはり何か納得できないというか、自分の理
解が誤っているような気がして、色々調べて
も納得できる答えが見つからないものをある
程度貯めておいて質問させて戴いています。

ただ素人なものですから、つい根源的なこと
や「もしも．．．だったら」を質問してしまい勝
ちです。　

何ら他意は無く「ここは正しく、ここは間違い、
その理由はこう．．」とご回答いただけるだけ
で十分なんです。（一般人にとって難解な表
現は手に負えませんが．．．）

永久磁石を２個持ち出したことが質問の意図
を混乱させたようです。

永久磁石１個と鉄の釘一本でもよかったんです。

しかし永久磁場においても「位置エネルギー」と
いうことは思いつきませんでした。（磁気エネル
ギーかと．．．それも磁石内部の．．．）
　
「位置エネルギー」なら重力場にいる場合と同じ
ようなものですね。

ただ、磁場や重力場に入るだけでエネルギーを
もらえる。しかも場源のエネルギーが減らないと
いうのはまだ．．．どうも？？なんです。

お礼日時：2010/08/13 17:28

No.1 回答者： BookerL 回答日時： 2010/08/12 21:11

＞外部から加速エネルギーは供給してい

＞ないので内部エネルギーと思いますが
＞何のエネルギーを消費したのでしょうか？

　磁気力による位置エネルギーです。重力のあるところに置かれた物体は、高いところにあると重力による位置エネルギーを持つように、磁気力の働くところに置かれた磁石も位置エネルギーを持ちます。
　なお、「内部エネルギー」というのは、熱力学で熱や仕事に関係するエネルギーのことで、今回のような場合には使いません。


＞再度引き離すには外部エネルギーが要
＞りますが、初回の加速エネルギー供給源
＞は何でしょう？　

　重力による位置エネルギーと同じように考えてください。
　引き離すときに必要なエネルギーを、離された場所に持ってこられた磁石が持っている、と考えたものが「磁気力による位置エネルギー」です。
　その磁石が実際にくっついていたものが引き離されたかどうかは関係なく、その場所にある磁石が持っているエネルギーということです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。

重力による位置エネルギーと比較すると
確かに理解しやすいですね。

初回は地面に掘った穴に飛び込むような
もので、２回目からは一旦登らなきゃなら
ない。

でも、地球重力場の外では位置エネルギ
ーは得られず、重力場（磁場も同じこと）に
入るとエネルギーをもらえるというのは一
見「ただ飯」に見えませんか？

たしか、人工衛星のスイングバイは惑星
重力で燃料使わずに加速するんですよね。
それで惑星のエネルギーが全く減らないな
ら．．．どうも釈然としません。

きっとまだ私に何か勘違いがあるのでしょ
うね。

お礼日時：2010/08/13 17:00