這個問題其實是對磁鐵和做功的美麗誤解。
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簡單說,磁鐵在做功的過程并不會消耗自身的磁性,磁鐵的磁性與做功與否并沒有直接關系。雖然磁鐵會表現出磁力,看起來很魔幻,在吸引物體的時候就像是在做功,但其實磁鐵的工作原理與彈簧很相似,并沒有魔幻。
只不過彈簧的彈力清晰可見,而磁鐵的磁力看不見摸不著,有些抽象罷了。

我們先來看看彈簧是如何做功的。雖然彈簧能夠展現出彈力,但彈簧本身其實是沒有彈力的,必須借助外部力量才能體現出彈力。
必須有外部力量壓縮或者拉伸彈簧,彈簧才能展現出彈力。也就是說,彈簧的彈力其實是由外部力量提供的,而不是彈簧本身提供的。彈簧被壓縮或者拉伸之后就相當于存儲能量,外部力量撤出之后,彈簧就會釋放能量,本質就相當于能量在勢場中的存儲和釋放。
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磁鐵的磁力即使如此,一個被放入磁場中的物體,獲取的能量是由把物體放入磁場中的外部力量提供的,不是磁場本身提供的。

這點和彈簧是一樣的。比如說一塊磁鐵有磁性,你拿一塊鐵靠近磁鐵,必須要用力才能保證不被磁鐵吸過去,你的力量給了鐵塊能量,相當于鐵塊存儲了能量,你放手后鐵塊存儲的能量就會釋放出來,被磁鐵吸走。
那么,磁鐵的磁性到底如何產生的呢?
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是由磁鐵內部的微觀單元產生的。磁鐵內部存在著微小的晶體單元,也既是磁疇,磁疇會產生小磁場,只要這些小磁場的磁場方向保持一致,不發生混亂,磁鐵的磁場就永遠不會消失。
所以,磁鐵的磁性其實是內線固有屬性,本來就存在的,與做功沒有任何關系,做功并不會消耗磁鐵的磁性,做功只與外部力量有關。
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如果沒有任何能量輸入,磁鐵也不會對外做功,就好比如果沒有外部能量壓縮或拉伸彈簧,彈簧本身也不會對外做功。
說白了,如果有一對相互排斥的磁鐵,就必須有外部力量對抗兩者的排斥力,推動其中一個磁鐵然后才能做功,這其實就是讓另一個磁鐵獲得磁場勢能而做功。
同理,一對相互吸引的磁鐵,也必須有外部力量把磁鐵分開,讓磁鐵獲得磁場勢能,這樣釋放磁鐵之后,兩塊磁鐵才能吸引到一起。
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我們日常生活中見到的電動機的工作原理就是這樣的,利用磁場勢能來提供動能,這個過程消耗的是流經磁場的外部能量,而不是磁場本身的能量,磁場本身也不會提供能量。
那么,一塊磁鐵的磁性會消失嗎?在什么情況下會消失?
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理論上只要讓磁鐵內部微小的結構單元磁疇變混亂就可以了,這樣磁鐵的磁性就不再一致,變得亂七八糟,磁性自然就沒有了。一個最常用的方法就是把磁鐵加熱,當溫度升高之后,磁鐵內部的微小磁疇單元運動就會加快,從而變得混亂起來,磁性自然也就消失了。
還有一個問題,為什么只有磁鐵,沒有磁銅,磁鋁等磁性物質呢?這個問題牽扯到更本質的一個屬性,從微觀世界了解磁性的本質。
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磁性的本質其實與電子的自旋息息相關。根據量子力學,電子的自旋都是成對出現的,一個電子自旋方向向上,另一個就會向下。電子帶電,它的運動會產生電場,進而產生磁場。不過由于成對電子的自旋方向正好相反,所以通常情況下體現不出磁性。
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但是鐵原子比較特殊,因為鐵原子擁有四個不成對的電子,這意味著鐵原子就能產生凈磁場,相當于一個迷你磁鐵,所以鐵可以成為磁鐵。
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