磁矩在外磁场中有势能吗？《张朝阳的物理课》计算磁矩在外磁场中的受力

　　外磁场会给磁矩非零的合力？怎么计算磁矩在外磁场中的势能？10月23日12时，《张朝阳的物理课》第九十五期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，复习了上节课介绍的磁介质顺磁性与抗磁性的原理，补充讲解了磁矩进动现象。随后通过建立直角坐标系计算出了磁矩在外磁场中的受力公式，得到了磁矩在外磁场中势能，根据势能公式分析了磁介质与磁铁的吸引与排斥情况。

　　课程开始后，张朝阳先带着网友们复习了上节课力矩与角动量的关系式以及力矩公式，根据这些公式分析磁介质在外磁场中的行为。若组成磁介质的原子分子没有磁矩，那么外加磁场的过程中，由法拉第电磁感应定律可知随时间变化的磁通量会产生感应电动势并诱导出感应电流，并且感应电流会产生与外磁场反向的附加磁矩，呈现出抗磁性。对于具有磁矩的原子分子所组成的介质，外加磁场可使得介质中的原子分子的磁矩沿着磁场方向转动，于是介质具有沿着外磁场方向的磁化，呈现出顺磁性。

　　他还指出作用在磁矩上的力矩不会简单地将磁矩转动到外磁场方向，因为磁矩具有角动量会发生绕外磁场方向的进动，等效于附加一个反向电流产生抗磁效应，但这种抗磁效应相比于顺磁效应太弱以致可忽略不计。

　　若外磁场是由磁铁提供，通过法拉第磁力线可知，顺磁介质会与磁铁相吸，抗磁与磁铁相斥。但实际上磁荷不存在，更加定量的方法应该是从麦克斯韦方程组与洛伦兹力出发推导磁矩在外磁场中的受力。

　　张朝阳通过巧妙建立合适的直角坐标系，计算得到微元受到的洛伦兹力后，求和得到磁矩受到的合外力。其中，需要将磁场进行线性展开，并使用磁场的散度公式。最后得到磁矩的受力与势能公式，成功解释了磁介质与磁铁的吸引排斥行为，并且强调势能公式在量子力学中具有重要地位。

　　截至目前，《张朝阳的物理课》已直播九十余期，内容丰富、覆盖广泛，理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课，他先是从经典物理学开始，科普了牛顿运动定律等；而后从经典物理的“两朵乌云”说起，向近现代物理过渡，探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

　　此后逐步进入量子力学领域，从基础的薛定谔方程等理论内容，到氢原子波函数，再到气体定容比热的温度阶梯，并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理，推导出飞船运行轨迹，估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度，随后讲解了陀螺的进动，还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言，并逐步过渡到了电磁学。

　　《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜：以演算物理为特色，注重从日常现象引入，通过一步一步详尽计算和硬核推导，理解自然界的基本规律。

　　据了解，《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播，网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”，观看直播及往期完整视频回放；关注“张朝阳的物理课”账号，查看课程中的“知识点”短视频；此外，还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上，阅览每期物理课程的详细文章。

　　除了《张朝阳的物理课》外，在直播方面，搜狐视频正持续打造知识直播平台，邀请各个科学领域的头部播主入驻，进行科普知识直播。复旦大学教授、科技部重点研发项目负责人赵斌，高中数学名师、《十年高考》数学科主编郑冬冬等带来“奇思妙想开学季”系列科学公开课；知名知识播主、地理教育专家雷亚鸣，浙江大学化学系博士后、蛟龙号首位大洋深潜女科学家唐立梅等带来“好奇一夏”系列直播，探索月球与大海；中国科学技术大学副教授李旭，中国科学院南京地质古生物研究所研究员冯伟民等开启趣味科普，与古生物进行跨越亿万年的生命对话。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频，一起互动玩转科学。