一块磁铁，不断对外做功，它的磁性会越来越弱吗？
≄ℛ一块磁铁，不断对外做功，它的磁性会越来越弱吗？
说句老实话，这个问题是很难很深的，即便对大学物理老师也是严峻挑战。尚无可依托的科学原理，就不能牵强附会误人子弟。
▲这是磁场，不是电磁场，也不是电场。其对应的磁力或磁场力，是一种独特的力。
要追究磁的本质，还涉及“统一场论”的战略思考。以下分享笔者的探讨，仅供参考。
磁(性)的本质，究竟是什么？
磁现象，例如同斥异吸效应，司空见惯。磁的本质，不可以“磁畴序列论”敷衍搪塞。用场把“强力·弱力·电力·磁力·引力”贯通起来。
基底方程：±e+2Ek=±γ+2Eγ(=2hf₀)...(1)
●强力，是基底性的强磁力，是亚原子以光速自旋导致南北极负压差而激发的真空场引力。
无论什么力，归根结底，都是强磁力的叠加效应——这就是磁的本质。
强力与亚原子的惯性质量、引力质量、引力势能、基本电荷等固有参量相对应：
电子强力↹电子质量↹电子势能↹电子电荷。
质子强力↹质子质量↹质子势能↹质子电荷。
电子的固有强力：
F₀=m₀c²/r₀(=2.91×10⁻³N)...(2)
电子的固有势能：
Ep₀=m₀c²=2hf₀(=0.511MeV)...(3)
质子的固有强力：
F*=m*c²/r*=(m*/m₀)F₀(=5.34N)...(4)
质子的固有势能：
Ep*=m*c²=(m*/m₀)2hf₀(=938MeV)...(5)
电子半径r₀=2.82fm，质子半径r*=0.015fm，质子电子质量比m*/m₀=1836。电子强力场的固有频率f₀=m₀c²/2h=6.2×10¹⁹Hz。
●弱力，是中子内的电子(e)与质子(p)的叠加力。
核内电子轨道半径小，电子抗简并压大，电子欲逃倾向强烈，这种电磁斥力也叫弱力。
▲中子的夸克环(udd)，相当于高能负电子，通常的科普图片没有给出质子。夸克环以约0.07c≈10αc绕质子旋转，轨道半径约1费米。
弱力(核内电磁力)的统一场方程：
F₁=ke²/r₁²=ξ₁(m*+m₀)c²/r₁...(6)
核内电子的动能由弱力提供，并激发电磁波。
核内电子动能的统一场方程：
Ek₁=½m₀v₁²=ke²/r₁=ξ₁2hf₀...(7)
中子半径r₁≈1.5fm，可由质子与电子的角动量矩守恒来估算，其W±与Z⁰介子可看出场量子。
弱力场效应系数：ξ₁=ke²/2hf₀r₁=0.187‰。即，弱力大约为强力的万分之2。
●电磁力，是核内电子与核外电子的叠加力。
电磁力，是核外电子(e)与核电荷(Ze)两强力之间因同斥异吸效应而弱化的叠加力。
电磁力的统一场方程：
F₂=ke²/r₂²=ξ₂(m*+m₀)c²/r₂...(8)
电磁力之电势能(eU)提供的核外电子动能，并激发电磁波，与弱力激发的电磁波一起构成原子光谱的超精细结构。
核外电子动能的统一场方程：
Ek₂=eU=½m₀v₂²=ke²/r₂=ξ₂2hf₀...(9)
核外电子基态主控速度为：αc=2.2×10⁶m/s，其平均动能：Ek₂=2.2×10⁻¹⁸J，由此估算：
①基态电子轨道半径：r₂=ke²/Ek₂ ，代入后有：r₂=1.05×10⁻¹⁰m，接近经典原子半径；
②电子与质子电势差：U=Ek₂/e=13.75伏特；
③电磁力场效应系数：ξ₂=Ek₂/2hf₀=0.03‰，即电磁力约为强力的10万分之3。
●磁力，是类铁原子晶胞有序排列的叠加力。
磁势能的统一场方程：
Ep₃=½μB²V=½εE²V≈½m₀v²=ξ₃2hf₀...(10)
磁场力的统一场方程：
F₃=Ep₃/r₃=ξ₃m*c²/r₃...(11)
注意1：原子的内空间是真空场，其电容率ε=ε₀=10⁻⁹/36π，磁导率μ=μ₀=4π×10⁻⁷。其体积：V=4.2r₂³=1.05×10⁻³⁰m³。
注意2：参与电磁感应的质子磁力，因远大于电子磁力，故磁场力≈电磁力。由此可估算：
①氢原子磁感强度：B=√(2Ek₂/μ₀V)，即：B=1.87×10⁹T，比较，地球磁场强度不到1T。
②氢原子电场强度：E=√(2Ek₂/ε₀V)，即：E=7×10¹¹V/m，而电势差U=13.75V。
注意3：磁场力是特定材料与天体场效应的叠加力，取决于自旋角动量，而与轨道角动量无关，但可以通过磁场对电荷或电流作用的洛伦兹力(Bev)或安培力(BIL)间接计算出来。
但是，不管怎么说，磁场与电磁场是截然不同的两个范畴。故在基本力的分类中，宁可没有弱力(核内电磁力)，也不能没有磁力。
●万有引力，是实体亚原子同斥异吸的叠加力。
万有引力的统一场方程：
F=GMm/r₄²=ξ₄(M+m)c²/r₄...(12)
引力势能的统一场方程：
Ep₄=GMm/R=ξ₄2hf₀(M+m)/m₀...(13)
引力的场效应系数：ξ₄=GMm/r₄(M+m)c²。对于大质量天体而言，ξ₄≈Gm/r₄c²。
就地球而言r₄=6.4×10⁷米，若离地r≈r₄，令试验质量m=1kg，则地球引力的场效应系数：ξ₄=G/r₄c²=1.16×10⁻³⁶。
可见，引力场效应系数(ξ₄)，与场半径(r₄)成反比，与试验质量(m)成正比。
势能、位能与动能的区别与联系
求地球重力加速度基于假设：场半径R=地球半径R₀，即：mg=GMm/R₀²，才有g=9.8m/s²，对应的引力势能：Ep₀=GMm/R₀。
显然，重力加速度(g)，与场半径(R)成反比，是一个变量。若R>R₀或离地心高度h>h₀，则引力势能Ep<Ep₀。
但我们已规定，Ep₀=0，离地越高，高位差△R越大，势能增量△Ep就越大。这只是为了与“水向低处流”的直感协调起来。
此时我们把Ep₀称作地球的本体势能或固有势能，把△Ep=Ep作为位能。前者与万有引力定律一致起来，后者与工程技术一致起来。
严格讲，位能必须通过外力做功才能实现。例如，高原冰山的水位能，是因为日光照射的水循环运动造成的，本质上属于水分子动能转化为水分子位能。这与水分子本体的固有势能是两个概念。
电势能是因为发电或充电造成的，是电子加剧运动偏离核电荷或抗简并压导致的电极电位差，本质上属于电子动能转化为电子位能。
磁性材料，能否自动对外做功？
其一，先来看看磁性材料本身的性能。磁性材料大致分两大类。
第一类是永磁材料，如磁铁矿、钕铁硼合金、电机转子、扬声器磁体，它们是原子或分子晶体的磁畴(假想的磁子)有相对有序排列，导致同斥异吸弱化效应被减少所固有的显著磁性。
永磁材料，经常用来作为发电机能量转换的重要配件，但不是利用磁场势能，更没有现成的位能。势能属于材料的维持自身稳定存在的内能，没有剩余可被利用。
第二类是暂磁材料，如依赖电磁感应的电磁铁、添加磁粉的磁卡、摩擦磁铁的螺丝刀头。此类磁性材料，会因为失去电力供应、磁粉脱落或风化，而突然或渐渐失去磁性。
显然，即使暂磁材料可以对外做功，其功率因数也会渐渐失去，但不是失去磁体能量问题，而是失去磁体质量。电磁铁属于外加能量而不在此列。
有人会问核辐射能源，是势能还是位能。笔者认为，放射性材料能源可以被直接利用，是因为类似于电池与被压缩弹簧，是动能转化为位能的历史遗存，不是材料固有的势能。
铁磁场是否做功，就好比地磁场是否做功。我们知道，地球有强大的引力。
现在，地面上有一个大转轮，外缘均匀分布了若干重物，逆时针旋转，分四个象限：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。
现在做逆时针旋转，首先你得克服自重爬到高处获得位能，这是外力做功。然后开始向下转动，是地球势能做功到达第三象限末端。
此时有一个惯性势能，你可以在第四象限转到一个高度，但不可能回到出发点，因为至少有轴承磨损做功，消耗一部分的惯性势能。
然后你在第四与第三象限，来回做阻尼式转动，转动幅度越来越小，最终趋于静止不动。
现在再来说说瑟尔效应发动机(SEG)。SEG是利用几个环绕分布的若干钕铁硼线圈，需要一个大约2千瓦的励磁发电机提供能源。
有永动机发明人声称，该发动机只是帮助启动，以后就可以撤销。其实，这是不可能的，所有的机械设备，都有传动机构，都不可避免的要消耗摩擦力。
结语
磁性、磁场、磁力，是反映强力同斥异吸效应的尤其是原子晶胞磁畴有序排列的叠加力。
磁能或磁场能，虽然可以能量转换的电子动能来做替代性的参量测算，但依然是固有势能。
势能总量永恒不变，磁势能与强力势能一样，没有多余能量可供利用。更谈不上对外做功。
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$↛一块磁铁，不断对外做功，它的磁性会越来越弱吗？
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~
➤◤一块磁铁，不断对外做功，它的磁性会越来越弱吗？
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。
◤Ⓨ一块磁铁，不断对外做功，它的磁性会越来越弱吗？
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。
♐┣一块磁铁，不断对外做功，它的磁性会越来越弱吗？
对于磁铁对外做功，它的磁性会越来越弱吗这个问题，答案是会，原因是磁体在做工的同时，由于受外力因素的影响，其自身也在不断的消耗能量。
以电动车马达也包含所有相同功能的永磁电机举例说明：
电动车电机转子的磁极为永磁体贴片，定子磁极由硅钢片叠加组成，每个磁极上绕有线圈绕组，由于定子线圈在电机霍尔开关（向控制器发送开关指令）的作用下，每隔一定周期，按预订的相序分别给相应磁极上的线圈通上交变脉冲电流（由控制器提供），而线圈在通电时，交变脉冲电流通过定子磁极产生的交变电磁场必然会对转子的永磁体的磁极产生一定相位角的排斥作用，按照相序的排列有规律的进行通断电，产生360º旋转磁场，使电机转子运转，这就是永磁电机的运转原理。
定子线圈在通过交变脉冲电流给定子磁极有规律进行充磁的同时，也在发生对转子永磁体的消磁作用，使用时间越久，其磁性会下降越多，直至无力做功。
这就是电动车使用到一定年限时马达越来越没有力的根本原因，一旦更换新的永磁片后，该电动车马达就又会恢复原有动力，否则就报废了。
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