美女與野授

被監視

小羊蘇西

說句老實話，這個問題是很難很深的，即便對大學物理老師也是嚴峻挑戰。尚無可依託的科學原理，就不能牽強附會誤人子弟。

要追究磁的本質，還涉及“統一場論”的戰略思考。以下分享筆者的探討，僅供參考。

磁(性)的本質，究竟是什麼？

磁現象，例如同斥異吸效應，司空見慣。磁的本質，不可以“磁疇序列論”敷衍搪塞。用場把“強力·弱力·電力·磁力·引力”貫通起來。

基底方程：±e+2Ek=±γ+2Eγ(=2hf₀)...(1)

●強力，是基底性的強磁力，是亞原子以光速自旋導致南北極負壓差而激發的真空場引力。

無論什麼力，歸根結底，都是強磁力的疊加效應——這就是磁的本質。

強力與亞原子的慣性質量、引力質量、引力勢能、基本電荷等固有參量相對應：

電子強力↹電子質量↹電子勢能↹電子電荷。

質子強力↹質子質量↹質子勢能↹質子電荷。

電子的固有強力：

F₀=m₀c²/r₀(=2.91×10⁻³N)...(2)

電子的固有勢能：

Ep₀=m₀c²=2hf₀(=0.511MeV)...(3)

質子的固有強力：

F*=m*c²/r*=(m*/m₀)F₀(=5.34N)...(4)

質子的固有勢能：

Ep*=m*c²=(m*/m₀)2hf₀(=938MeV)...(5)

電子半徑r₀=2.82fm，質子半徑r*=0.015fm，質子電子質量比m*/m₀=1836。電子強力場的固有頻率f₀=m₀c²/2h=6.2×10¹⁹Hz。

●弱力，是中子內的電子(e)與質子(p)的疊加力。

核內電子軌道半徑小，電子抗簡併壓大，電子欲逃傾向強烈，這種電磁斥力也叫弱力。

弱力(核內電磁力)的統一場方程：

F₁=ke²/r₁²=ξ₁(m*+m₀)c²/r₁...(6)

核內電子的動能由弱力提供，並激發電磁波。

核內電子動能的統一場方程：

Ek₁=½m₀v₁²=ke²/r₁=ξ₁2hf₀...(7)

中子半徑r₁≈1.5fm，可由質子與電子的角動量矩守恆來估算，其W±與Z⁰介子可看出場量子。

弱力場效應係數：ξ₁=ke²/2hf₀r₁=0.187‰。即，弱力大約為強力的萬分之2。

●電磁力，是核內電子與核外電子的疊加力。

電磁力，是核外電子(e)與核電荷(Ze)兩強力之間因同斥異吸效應而弱化的疊加力。

電磁力的統一場方程：

F₂=ke²/r₂²=ξ₂(m*+m₀)c²/r₂...(8)

電磁力之電勢能(eU)提供的核外電子動能，並激發電磁波，與弱力激發的電磁波一起構成原子光譜的超精細結構。

核外電子動能的統一場方程：

Ek₂=eU=½m₀v₂²=ke²/r₂=ξ₂2hf₀...(9)

核外電子基態主控速度為：αc=2.2×10⁶m/s，其平均動能：Ek₂=2.2×10⁻¹⁸J，由此估算：

①基態電子軌道半徑：r₂=ke²/Ek₂ ，代入後有：r₂=1.05×10⁻¹⁰m，接近經典原子半徑；

②電子與質子電勢差：U=Ek₂/e=13.75伏特；

③電磁力場效應係數：ξ₂=Ek₂/2hf₀=0.03‰，即電磁力約為強力的10萬分之3。

●磁力，是類鐵原子晶胞有序排列的疊加力。

磁勢能的統一場方程：

Ep₃=½μB²V=½εE²V≈½m₀v²=ξ₃2hf₀...(10)

磁場力的統一場方程：

F₃=Ep₃/r₃=ξ₃m*c²/r₃...(11)

注意1：原子的內空間是真空場，其電容率ε=ε₀=10⁻⁹/36π，磁導率μ=μ₀=4π×10⁻⁷。其體積：V=4.2r₂³=1.05×10⁻³⁰m³。

注意2：參與電磁感應的質子磁力，因遠大於電子磁力，故磁場力≈電磁力。由此可估算：

①氫原子磁感強度：B=√(2Ek₂/μ₀V)，即：B=1.87×10⁹T，比較，地球磁場強度不到1T。

②氫原子電場強度：E=√(2Ek₂/ε₀V)，即：E=7×10¹¹V/m，而電勢差U=13.75V。

注意3：磁場力是特定材料與天體場效應的疊加力，取決於自旋角動量，而與軌道角動量無關，但可以通過磁場對電荷或電流作用的洛倫茲力(Bev)或安培力(BIL)間接計算出來。

但是，不管怎麼說，磁場與電磁場是截然不同的兩個範疇。故在基本力的分類中，寧可沒有弱力(核內電磁力)，也不能沒有磁力。

●萬有引力，是實體亞原子同斥異吸的疊加力。

萬有引力的統一場方程：

F=GMm/r₄²=ξ₄(M+m)c²/r₄...(12)

引力勢能的統一場方程：

Ep₄=GMm/R=ξ₄2hf₀(M+m)/m₀...(13)

引力的場效應係數：ξ₄=GMm/r₄(M+m)c²。對於大質量天體而言，ξ₄≈Gm/r₄c²。

就地球而言r₄=6.4×10⁷米，若離地r≈r₄，令試驗質量m=1kg，則地球引力的場效應係數：ξ₄=G/r₄c²=1.16×10⁻³⁶。

可見，引力場效應係數(ξ₄)，與場半徑(r₄)成反比，與試驗質量(m)成正比。

勢能、位能與動能的區別與聯繫

求地球重力加速度基於假設：場半徑R=地球半徑R₀，即：mg=GMm/R₀²，才有g=9.8m/s²，對應的引力勢能：Ep₀=GMm/R₀。

顯然，重力加速度(g)，與場半徑(R)成反比，是一個變量。若R>R₀或離地心高度h>h₀，則引力勢能Ep

但我們已規定，Ep₀=0，離地越高，高位差△R越大，勢能增量△Ep就越大。這只是為了與“水向低處流”的直感協調起來。

此時我們把Ep₀稱作地球的本體勢能或固有勢能，把△Ep=Ep作為位能。前者與萬有引力定律一致起來，後者與工程技術一致起來。

嚴格講，位能必須通過外力做功才能實現。例如，高原冰山的水位能，是因為日光照射的水循環運動造成的，本質上屬於水分子動能轉化為水分子位能。這與水分子本體的固有勢能是兩個概念。

電勢能是因為發電或充電造成的，是電子加劇運動偏離核電荷或抗簡併壓導致的電極電位差，本質上屬於電子動能轉化為電子位能。

磁性材料，能否自動對外做功？

其一，先來看看磁性材料本身的性能。磁性材料大致分兩大類。

第一類是永磁材料，如磁鐵礦、釹鐵硼合金、電機轉子、揚聲器磁體，它們是原子或分子晶體的磁疇(假想的磁子)有相對有序排列，導致同斥異吸弱化效應被減少所固有的顯著磁性。

永磁材料，經常用來作為發電機能量轉換的重要配件，但不是利用磁場勢能，更沒有現成的位能。勢能屬於材料的維持自身穩定存在的內能，沒有剩餘可被利用。

第二類是暫磁材料，如依賴電磁感應的電磁鐵、添加磁粉的磁卡、摩擦磁鐵的螺絲刀頭。此類磁性材料，會因為失去電力供應、磁粉脫落或風化，而突然或漸漸失去磁性。

顯然，即使暫磁材料可以對外做功，其功率因數也會漸漸失去，但不是失去磁體能量問題，而是失去磁體質量。電磁鐵屬於外加能量而不在此列。

有人會問核輻射能源，是勢能還是位能。筆者認為，放射性材料能源可以被直接利用，是因為類似於電池與被壓縮彈簧，是動能轉化為位能的歷史遺存，不是材料固有的勢能。

鐵磁場是否做功，就好比地磁場是否做功。我們知道，地球有強大的引力。

現在，地面上有一個大轉輪，外緣均勻分佈了若干重物，逆時針旋轉，分四個象限：第一象限=右上部，第二象限=左上部，第三象限=左下部，第四象限=右下部。

現在做逆時針旋轉，首先你得克服自重爬到高處獲得位能，這是外力做功。然後開始向下轉動，是地球勢能做功到達第三象限末端。

此時有一個慣性勢能，你可以在第四象限轉到一個高度，但不可能回到出發點，因為至少有軸承磨損做功，消耗一部分的慣性勢能。

然後你在第四與第三象限，來回做阻尼式轉動，轉動幅度越來越小，最終趨於靜止不動。

現在再來說說瑟爾效應發動機(SEG)。SEG是利用幾個環繞分佈的若干釹鐵硼線圈，需要一個大約2千瓦的勵磁發電機提供能源。

有永動機發明人聲稱，該發動機只是幫助啟動，以後就可以撤銷。其實，這是不可能的，所有的機械設備，都有傳動機構，都不可避免的要消耗摩擦力。

結語

磁性、磁場、磁力，是反映強力同斥異吸效應的尤其是原子晶胞磁疇有序排列的疊加力。

磁能或磁場能，雖然可以能量轉換的電子動能來做替代性的參量測算，但依然是固有勢能。

勢能總量永恆不變，磁勢能與強力勢能一樣，沒有多餘能量可供利用。更談不上對外做功。

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物理新視野

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

司馬坑

滬生泉

磁場只是場。不會對外做功

123456789虛竹

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

會的，很慢，提高環境溫度會加速磁性會越來越弱。遇比他還強的同極磁場會消磁。

與你奇思妙想

一塊石頭從高處下落也做了功，引力會變弱嗎？多想想

兩塊磁鐵吸在一起，難道會自動分開？你用手把兩塊磁鐵分開就做了功，轉為兩塊磁鐵的勢能。

瓶行世界

做功是指能量由一種形式轉化為另一種形式的過程。

而磁鐵做功減小的能是兩者之間的勢能。由磁鐵的特性決定， 如果按原子電流解釋就是電流產生的磁場磁化別的物體， 磁化物體產生電場， 電場互相作用產生力的作用。磁鐵本身不能說具有多少能量，當然也不可以測量。磁鐵的磁性為什麼會減弱？是由於磁鐵中的物質排布形勢發生了變化。

並且磁鐵的磁場強度也是在緩慢下降的,只是下降的很慢。而磁場強度在歷史上最先由磁荷觀點引出。類比於電荷的庫侖定律，人們認為存在正負兩種磁荷，並提出磁荷的庫侖定律。單位正點磁荷在磁場中所受的力被稱為磁場強度H。後來安培提出分子電流假說，認為並不存在磁荷，磁現象的本質是分子電流。自此磁場的強度多用磁感應強度B表示。但是在磁介質的磁化問題中，磁場強度H作為一個導出的輔助量仍然發揮著重要作用。

減緩磁性下降的注意事項：

一 不能碰撞

二 不能在強磁場下用,否則會消磁或改變磁方向

三 不能在高溫下工作,溫度高分子運動激勵會使磁粒子弄亂消磁

四 兩個永久磁鐵儘量避免同極相觸,會降低磁場的,

河北薛之謙

老是有人把磁力當能量等同看待，基本可以肯定的說，初中物理考不及格

關鍵字: 磁性 做功 磁鐵