¿Por qué un imán nunca se queda sin energía a pesar de que se usa continuamente durante mucho tiempo?

La entropía tiene poco que ver con los imanes que pierden su magnetización. El problema es que los imanes almacenan grandes cantidades de energía en sus campos magnéticos. Esto generalmente se describe como la energía del campo de desmagnetización, y es solo otra forma de referirse al acoplamiento magnético de dipolos magnéticos individuales (no el acoplamiento de intercambio, solo la interacción dipolo-dipolo clásica).

Un material magnético puede reducir esta energía adoptando una configuración magnética que minimiza las cargas magnéticas (es decir, los polos magnéticos). Lo hace moviendo sus paredes de dominio de una manera que reduce el momento magnético total. Un buen imán tiene muchos defectos cristalográficos que fijan las paredes. Sin embargo, si la temperatura es lo suficientemente alta, y si espera lo suficiente, las paredes eventualmente se “arrastrarán”. Esto se llama “efecto posterior magnético” y proporciona una variación característica de la magnetización que es lineal en log (t). Este comportamiento puede explicarse por el hecho de que las paredes de dominio enfrentan una distribución muy amplia de barreras energéticas.

Se supone que los buenos imanes permanentes muestran muy poco efecto secundario magnético. Como caso especial, los imanes de dominio único son un tipo de nanoimanes que no muestran este efecto posterior en absoluto, simplemente porque no tienen paredes de dominio espeluznantes, ya que costarían demasiada energía de intercambio. Sin embargo, un conjunto de tales partículas puede perder su magnetización debido a que las partículas individuales cambian de una orientación magnética a otra. Esto se llama superparamagnetismo y es un obstáculo para aumentar la densidad de bits en el almacenamiento magnético.

¡Brillante pregunta! La respuesta a su pregunta radica en la mecánica cuántica. Sí, el magnetismo es un ejemplo de un fenómeno cotidiano que requiere QM para explicar.
Permítanme tratar de explicar el magnetismo con un modelo simple. A nivel microscópico, podemos modelar la sustancia magnética utilizando una red de sistema de espín con interacciones entre ellos. Tal modelo se llama modelo Ising. La naturaleza de la interacción es tal que cada giro intenta alinearse con su giro vecino. Entonces vemos que hay 2 efectos en juego aquí: el ambiente, a una temperatura finita y las fluctuaciones térmicas rompen cualquier orden de largo alcance, mientras que, por otro lado, tenemos una interacción de giro de red que trata de alinear los giros y poner orden. Cuando la temperatura ambiente es alta, hay grandes fluctuaciones térmicas y no hay un orden de largo alcance y, por lo tanto, el sistema no está magnetizado, mientras que a una temperatura más baja dominan las interacciones de la red reticular y la sustancia magnética ahora tiene un orden debido a la formación y al crecimiento del magnetismo. dominios Hay una temperatura crítica a la que ocurre esta transición de fase y se llama temperatura de Curie.
Termodinámicamente, estas son fases distintas y minimizan respectivamente la energía libre de Gibbs del sistema en sus respectivas fases. A nivel microscópico, el sistema de espín está en su estado fundamental cuando los espines se alinean en la fase ferromagnética y, por lo tanto, para responder a su pregunta, no tiene niveles de energía más bajos para descender. Esto es análogo a la estabilidad de los átomos, es decir, la energía de los electrones no puede reducirse por debajo de la energía del estado fundamental.

Un imán es un convertidor de energía, no un generador de energía. Por lo tanto, no tiene sentido decir que se “quedará sin energía”.

Déjame explicarte esto con un ejemplo:

Las rocas ruedan hacia los valles. Pero el valle nunca se queda sin energía. Esto se debe a que el valle es un convertidor de energía (de potencial a cinético) y no un generador de energía.

Un imán es realmente un tipo de valle también.

No confunda entre energía y fuerza.

a) La energía es algo que no es gratis.
b) La fuerza es libre.

Si solo te sientas en el sofá, estarías ejerciendo una fuerza continua sobre el sofá. Entonces puedo preguntar, ¿por qué no te quedas sin energía? ¿Cómo es que puedes poner una fuerza en el sofá para siempre? Porque siempre existen en la naturaleza.

No te sorprende que una roca siempre sea atraída hacia la tierra. Nunca piensas, ¿por qué la tierra no se queda sin energía? 😉
Entonces, ¿por qué sentimos que los imanes son muy especiales? Porque a diferencia de la gravedad, los imanes también pueden repeler. Y eso es algo que no vemos todos los días en ningún otro lugar.
Entonces, por eso, usted siente, que hay algún tipo de ‘energía’ que el imán está usando para aplicar esa fuerza, pero tenga la seguridad de que no, las fuerzas magnéticas son como la gravedad (tal vez un poco más complicado, pero ese no es el punto), simplemente están ahí en la naturaleza.

Lo que hace que una pieza de metal sea magnética está en sus átomos. Son arreglos electrónicos dentro / alrededor de una estructura reticular del metal. Mientras el metal tenga electrones en exceso dentro / alrededor de su estructura molecular, y estén dispuestos en un cierto orden, serían continuamente magnéticos.

Contiene una gran cantidad de energía en su campo magnético debido a su alineación interna. Esta alineación de citas se perderá con el tiempo, por impacto o por calentamiento. Pero el primero se evita almacenándolos de cierta manera.