虚空阁
这是个有趣的误解呢。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,必需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,必需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。[头条·小宇堂——未经许可严禁转载]
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。O(∩_∩)O~
小宇堂
这个问题可能对做功有什么误解。
1、怎样才算做功?
功的定义是力与位移的乘积。光有力没有位移,或者光有位移没有力,都做不了功。力和位移都是矢量,这里的乘积是点乘。这也就意味着,力与位移如果垂直,同样不做功,也就是我们所说的无用功。因此,想要做功,力和位移缺一不可。
2、磁力
磁铁存在磁力的原因在于内部一个个小磁畴的排列顺序,如下图所示。当小磁畴排列一致时,整体上就形成了磁性。
3、磁力做功
在磁铁的磁场作用范围内,有物体A和B。假如物体A固定不动,那么就没有产生位移,此时,磁力对A不做功。但是,如果物体A受磁力吸引,运动到了物体B处,此时磁力对物体做了功。
4、磁铁能量的消耗
通过上述分析,那么就会产生一个问题,这个磁场能量源源不尽?事实上,能量不可能源源不尽。磁铁磁化后,具有了场势,处于磁场的物体存在着势能。物体的运动就是势能与动能的互相转化。磁铁本身不具备能量,就如重力场一样。
既然磁场本身不具备能量,那么磁场为何会出现弱化?
为了说明问题,我们仅取内部2个磁畴。尽管宏观上,整体的磁力线如上图黑色。但是各个磁畴都有自己的磁力线。当物体在靠近时,磁畴的磁力线也对其发生作用,反过来物体A对小磁畴有影响,会影响其磁畴的方向。随着A的运动,磁畴的方向也在发生改变,一旦方向过大,就无法恢复了。此时,磁铁内部的磁畴就不再是按序排列了,而是杂乱无章,从而宏观上,磁性减弱。
5、总结
物体在磁场中运动,必然是磁力对该物体做了功,这是一种势能。这种运动是势能与动能的转化。
随着时间的推移,磁畴的方向会发生不可恢复的角度改变,从而使得整体的磁性减弱。
力学Nerd王小胖
司马坑
磁铁周围环绕着磁场,磁铁对外做功其实就是磁场对外做功,那么问题来了磁场对外做功的能量从哪里来,比如用固定磁体吸起一个质量位m的小铁球这个过程中,铁球升高了h米,当地重力加速度位g那么根据重力势能公式Eh=mgh,这个磁场就对这个铁球做了mgh焦的功。但是看似磁铁并没有失去能量,这样能量不就不守恒了么?
不急,这要从磁场的形成说起。
磁场产生的原因是安倍分子环流,而根本原因用量子力学解释是因为局域化自旋交换,在这里甩一脸量子力学肯定不现实,所以这里用一个比较流行的概念“磁畴(chou二声)”来解释。磁畴可以看做一个很小的小块,它是磁体的最小单元,比他更小就不能形成磁场,一个个磁畴排列起来,方向随机的话各个磁畴的磁场相互抵消,对外不显磁性或磁性极弱,在强磁场作用下磁畴改变方向,统一排列磁场叠加形成强磁场,于是这坨铁疙瘩就成为了磁铁。磁铁的磁畴被改变方向的时候可以看做输入了能量,提高了“磁性势能”吸引或排斥物体做的功的能量可以看做是来自这里的。
综上所述,磁体不能对外一直做功,能量仍然守恒。
沪生泉
不会,可以用反证法来证明。如果磁铁的磁性变弱,就会违背能量守恒定律。磁力,和重力一样,他们的能量是势能,和相对位置有关,不会影响磁性大小。
以重力类比,物体从高处落下,重力势能转化为动能,地球的引力不变。假如在这个过程中,地球的引力发生了变化,那么太阳和月亮相对于地球的重力势能也会变化,能量守恒定律打破。
一块磁铁,吸引铁屑做功,是铁屑和磁铁相对位置的变化所消耗的磁能,磁铁的磁性不变。同理,如果磁性改变了,其它磁铁相对于它的磁性势能会改变。
最后引申一下,磁化一个铁块所需要的最小能量,就是铁块磁化后新增磁场的磁性势能,能量守恒定律处处适用。
飞鱼科普
根据经验,应该是这样的。
老者沙龙
磁铁有天然磁铁和人工磁铁之分,天然磁铁就世磁铁矿石,人工磁铁就是通过人工上磁的磁铁,比如电动车电机内的磁铁就是人工磁铁,电动车电机随着时间和公里数的增加,电机会变的越来越慢 ,没有力气,即使更换了新电池也没有新车子跑的远!这就是电机内部磁铁退磁的原因导致,磁性越来越弱,就叫做退磁
蓝灰色
地球对月亮做了几十亿年的功,也没见万有引力越来越弱了。
Oo行者无疆oO
一般来说,磁铁不可能对外做功。如果对象能量增加了,那么这部分能量一定来自于磁铁之外的第三方,磁铁只是能量的传递工具而已。
当然,既然上面说到了"一般",那就有特殊。比如磁铁内部成分啦结构啦不够稳定,它慢慢发生了变化,那么这时候就可能对处于磁场中的对象做功。比如说这两个同极性磁铁中间有一个平衡的铁块,其中一个磁铁磁性慢慢或者突然减弱,那么这铁块就会被另一个磁铁吸引靠近。这部分动能就来自于减弱的磁铁。
firstPrinciple
一块磁铁不是它本身对外不断做功,而是其他能量通过磁铁不断对外做功。採用永久碳铁的直流电动机就是这样。磁铁只起产生固定磁场的作用。通过转子线圈的电流才是能不断旋转做功的能量。电动机不断对外做功是电能转变成机械能。磁铁本身没有能量:,磁性基本没有减少。电动机除了使用永久磁铁外,还可以使用电磁铁,要维持电磁铁的磁性要消耗少量电能。
cx1944
人类的秘密就在磁铁里