一塊磁鐵,不斷對外做功,它的磁性會越來越弱嗎?

虛空閣


這是個有趣的誤解呢。磁鐵並不是靠消耗自己的磁性來做功的,雖然磁鐵與其他磁性物質之間的關係讓人看起來魔幻無比,但實際上磁場和彈簧在某種程度上是類似,所以磁性或者磁場只是蓄積和釋放能量的一種渠道。一塊被放入磁場中的物質,它具備的能量是由放入的那個力來提供的,而不是磁場提供的。


上圖:彈簧被壓縮後存儲能量,但釋放之後就釋放等量的能量。這個情況也可以由磁鐵來模擬,其本質是能量在勢場中的存儲和釋放。


磁體磁性的來源

磁體磁性的本質是磁體內部微觀單元(例如原子或晶體單元——磁疇)磁場磁極方向的一致性,只要磁體內部的的小磁場不因為某種原因發生磁極方向的混亂,磁體的磁性就不會丟失。這些小磁場的順磁性質是磁化事件留下的微觀結構狀態,並沒有存儲太多的能量。甚至有的化合物在形成晶體時就能形成天然的磁性,例如四氧化三鐵晶體。

上圖:磁疇的磁場方向的一致性決定了磁體的磁場性質。


因此,磁性是物體的一種內在性質,不因為做功而損耗。磁體的磁性丟失是磁體內部微觀磁疇的磁場構像無序化所造成。而電磁場需要有電流來維持磁場,只要磁場不向外輸出能量,電能也不會發生消耗(只消耗在線圈的電阻上)。


磁體做功會消耗磁性嗎?

磁體如果沒有能量輸入也不會對外做功。


  • 普通的一對相排斥的磁體,必需要有外力以對抗排斥的方向推動其中一個磁體才能做功,才可能能使另一個磁體獲得更大的磁場勢能而被推動做功。

  • 普通的一對相吸引的磁體,必需要有外力先將該磁體分離一定的距離獲得磁場勢能,然後釋放才能做功讓兩個磁體運動並吸附到一起。[頭條·小宇堂——未經許可嚴禁轉載]


    上圖:實際上扳手是人為被預先放到了距離磁體一定距離的位置上的,這個過程為扳手提供了磁場勢能。扳手被磁鐵吸附過去是這種勢能的釋放。

  • 電動機則是利用了持續地磁場勢能的輸入來提供動能的輸出,但這個過程中消耗的是流經磁場的能量而非磁場本身。


總結

磁鐵很奇妙,但是磁鐵不會因為做了功或者不做功而變得沒有吸引力。O(∩_∩)O~


小宇堂


這個問題可能對做功有什麼誤解。

1、怎樣才算做功<strong>?

功的定義是力與位移的乘積。光有力沒有位移,或者光有位移沒有力,都做不了功。力和位移都是矢量,這裡的乘積是點乘。這也就意味著,力與位移如果垂直,同樣不做功,也就是我們所說的無用功。因此,想要做功,力和位移缺一不可。

2、磁力

磁鐵存在磁力的原因在於內部一個個小磁疇的排列順序,如下圖所示。當小磁疇排列一致時,整體上就形成了磁性。

3、磁力做功

在磁鐵的磁場作用範圍內,有物體A和B。假如物體A固定不動,那麼就沒有產生位移,此時,磁力對A不做功。但是,如果物體A受磁力吸引,運動到了物體B處,此時磁力對物體做了功。

4、磁鐵能量的消耗

通過上述分析,那麼就會產生一個問題,這個磁場能量源源不盡?事實上,能量不可能源源不盡。磁鐵磁化後,具有了場勢,處於磁場的物體存在著勢能。物體的運動就是勢能與動能的互相轉化。磁鐵本身不具備能量,就如重力場一樣。

既然磁場本身不具備能量,那麼磁場為何會出現弱化?

為了說明問題,我們僅取內部2個磁疇。儘管宏觀上,整體的磁力線如上圖黑色。但是各個磁疇都有自己的磁力線。當物體在靠近時,磁疇的磁力線也對其發生作用,反過來物體A對小磁疇有影響,會影響其磁疇的方向。隨著A的運動,磁疇的方向也在發生改變,一旦方向過大,就無法恢復了。此時,磁鐵內部的磁疇就不再是按序排列了,而是雜亂無章,從而宏觀上,磁性減弱。


5、總結

物體在磁場中運動,必然是磁力對該物體做了功,這是一種勢能。這種運動是勢能與動能的轉化。

隨著時間的推移,磁疇的方向會發生不可恢復的角度改變,從而使得整體的磁性減弱。


力學Nerd王小胖


司馬坑


磁鐵周圍環繞著磁場,磁鐵對外做功其實就是磁場對外做功,那麼問題來了磁場對外做功的能量從哪裡來,比如用固定磁體吸起一個質量位m的小鐵球這個過程中,鐵球升高了h米,當地重力加速度位g那麼根據重力勢能公式Eh=mgh,這個磁場就對這個鐵球做了mgh焦的功。但是看似磁鐵並沒有失去能量,這樣能量不就不守恆了麼?

不急,這要從磁場的形成說起。

磁場產生的原因是安倍分子環流,而根本原因用量子力學解釋是因為局域化自旋交換,在這裡甩一臉量子力學肯定不現實,所以這裡用一個比較流行的概念“磁疇(chou二聲)”來解釋。磁疇可以看做一個很小的小塊,它是磁體的最小單元,比他更小就不能形成磁場,一個個磁疇排列起來,方向隨機的話各個磁疇的磁場相互抵消,對外不顯磁性或磁性極弱,在強磁場作用下磁疇改變方向,統一排列磁場疊加形成強磁場,於是這坨鐵疙瘩就成為了磁鐵。磁鐵的磁疇被改變方向的時候可以看做輸入了能量,提高了“磁性勢能”吸引或排斥物體做的功的能量可以看做是來自這裡的。

綜上所述,磁體不能對外一直做功,能量仍然守恆。


滬生泉


不會,可以用反證法來證明。如果磁鐵的磁性變弱,就會違背能量守恆定律。磁力,和重力一樣,他們的能量是勢能,和相對位置有關,不會影響磁性大小。

以重力類比,物體從高處落下,重力勢能轉化為動能,地球的引力不變。假如在這個過程中,地球的引力發生了變化,那麼太陽和月亮相對於地球的重力勢能也會變化,能量守恆定律打破。

一塊磁鐵,吸引鐵屑做功,是鐵屑和磁鐵相對位置的變化所消耗的磁能,磁鐵的磁性不變。同理,如果磁性改變了,其它磁鐵相對於它的磁性勢能會改變。

最後引申一下,磁化一個鐵塊所需要的最小能量,就是鐵塊磁化後新增磁場的磁性勢能,能量守恆定律處處適用。


飛魚科普


根據經驗,應該是這樣的。


老者沙龍


磁鐵有天然磁鐵和人工磁鐵之分,天然磁鐵就世磁鐵礦石,人工磁鐵就是通過人工上磁的磁鐵,比如電動車電機內的磁鐵就是人工磁鐵,電動車電機隨著時間和公里數的增加,電機會變的越來越慢 ,沒有力氣,即使更換了新電池也沒有新車子跑的遠!這就是電機內部磁鐵退磁的原因導致,磁性越來越弱,就叫做退磁


藍灰色


地球對月亮做了幾十億年的功,也沒見萬有引力越來越弱了。


Oo行者無疆oO


一般來說,磁鐵不可能對外做功。如果對象能量增加了,那麼這部分能量一定來自於磁鐵之外的第三方,磁鐵只是能量的傳遞工具而已。

當然,既然上面說到了"一般",那就有特殊。比如磁鐵內部成分啦結構啦不夠穩定,它慢慢發生了變化,那麼這時候就可能對處於磁場中的對象做功。比如說這兩個同極性磁鐵中間有一個平衡的鐵塊,其中一個磁鐵磁性慢慢或者突然減弱,那麼這鐵塊就會被另一個磁鐵吸引靠近。這部分動能就來自於減弱的磁鐵。


firstPrinciple


一塊磁鐵不是它本身對外不斷做功,而是其他能量通過磁鐵不斷對外做功。採用永久碳鐵的直流電動機就是這樣。磁鐵只起產生固定磁場的作用。通過轉子線圈的電流才是能不斷旋轉做功的能量。電動機不斷對外做功是電能轉變成機械能。磁鐵本身沒有能量:,磁性基本沒有減少。電動機除了使用永久磁鐵外,還可以使用電磁鐵,要維持電磁鐵的磁性要消耗少量電能。


cx1944


人類的秘密就在磁鐵裡


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