如果一塊磁鐵不斷對外做功,磁性會減弱嗎?

2021-03-01 宇宙探索

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這是個有趣的誤解。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,必須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,必須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。
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。

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