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如果一块磁铁不断对外做功,磁性会减弱吗?

这是个有趣的误解。磁铁并不是靠消耗自己的磁性来做功的,虽然磁铁与其他磁性物质之间的关系让人看起来魔幻无比,但实际上磁场和弹簧在某种程度上是类似,所以磁性或者磁场只是蓄积和释放能量的一种渠道。一块被放入磁场中的物质,它具备的能量是由放入的那个力来提供的,而不是磁场提供的。

上图:弹簧被压缩后存储能量,但释放之后就释放等量的能量。这个情况也可以由磁铁来模拟,其本质是能量在势场中的存储和释放。

磁体磁性的来源

磁体磁性的本质是磁体内部微观单元(例如原子或晶体单元——磁畴)磁场磁极方向的一致性,只要磁体内部的的小磁场不因为某种原因发生磁极方向的混乱,磁体的磁性就不会丢失。这些小磁场的顺磁性质是磁化事件留下的微观结构状态,并没有存储太多的能量。甚至有的化合物在形成晶体时就能形成天然的磁性,例如四氧化三铁晶体。

上图:磁畴的磁场方向的一致性决定了磁体的磁场性质。

因此,磁性是物体的一种内在性质,不因为做功而损耗。磁体的磁性丢失是磁体内部微观磁畴的磁场构像无序化所造成。而电磁场需要有电流来维持磁场,只要磁场不向外输出能量,电能也不会发生消耗(只消耗在线圈的电阻上)。

磁体做功会消耗磁性吗?

磁体如果没有能量输入也不会对外做功。

  • 普通的一对相排斥的磁体,必须要有外力以对抗排斥的方向推动其中一个磁体才能做功,才可能能使另一个磁体获得更大的磁场势能而被推动做功。

  • 普通的一对相吸引的磁体,必须要有外力先将该磁体分离一定的距离获得磁场势能,然后释放才能做功让两个磁体运动并吸附到一起。
    上图:实际上扳手是人为被预先放到了距离磁体一定距离的位置上的,这个过程为扳手提供了磁场势能。扳手被磁铁吸附过去是这种势能的释放。

  • 电动机则是利用了持续地磁场势能的输入来提供动能的输出,但这个过程中消耗的是流经磁场的能量而非磁场本身。

总结

磁铁很奇妙,但是磁铁不会因为做了功或者不做功而变得没有吸引力。

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