磁铁一直在吸东西，为什么不会把能量用光？

把一块磁铁吸在钢板上，再在上面吸一堆铁螺母。

一天、一年，甚至许多年过去，螺母可能依然牢牢吸在那里。

这些年里，磁铁一直在施加吸力。它没有电池，没有电线，也没有外部供能。

它为什么不会逐渐失去这种吸力？磁力会不会像电池里的电量一样慢慢耗尽？

要回答这个问题，先要分清三件事：

力、功和能量。

一直有力，不等于一直耗能

一本书放在桌面上，桌面始终对它施加向上的支持力。

书放一夜，桌面不会因此消耗一夜的能量；放上一年，也不会因为支撑时间更长而逐渐失去托住它的能力。

磁铁吸住铁螺母时也是一样。

磁力一直存在，但螺母没有继续移动。没有位移，就没有持续的机械功输出。

这里很容易受到人体经验的干扰。

我们用手举住一个重物，哪怕手没有移动，时间久了也会感到疲劳。原因在于肌肉为了维持张力，需要持续消耗体内的化学能。

磁铁没有这样的生理过程。

所以，判断一块磁铁是否在持续消耗能量，不能只看它有没有施加力，还要看系统有没有持续发生能量转移。

钢球滚向磁铁，能量从哪里来？

把一颗钢球放在磁铁附近，然后松手。

钢球会向磁铁滚去，而且越来越快，最后撞上磁铁。

这一次，钢球确实获得了动能。

从宏观结果看，磁力对钢球做了功。

能量来自整个磁性系统状态的变化。

这里说的系统，包括磁铁、钢球、磁场，以及两者之间的相对位置。

钢球距离磁铁较远时，可以把系统理解为处在较高的磁势能状态。钢球靠近以后，系统进入较低的磁势能状态。

减少的磁势能先转化为钢球的动能。发生碰撞以后，又会进一步转化成声音、振动、微小形变和热。

这个过程和小球沿斜坡滚下来有些相似。

小球向下滚时速度越来越快，因为重力势能在降低。钢球靠近磁铁时，也经历了类似的能量变化，只是这里变化的是磁性系统的势能。

想再来一次，就得重新付出能量

钢球已经吸在磁铁上。

如果想把刚才的过程再做一遍，就得先把钢球拉开。

越靠近磁铁，拉开它越费力。手需要克服磁力，让钢球重新回到较远的位置。

这个过程中，外界对系统做了功。

钢球与磁铁被重新分开以后，系统又回到了较高的磁势能状态。

完整过程可以这样看：

先把钢球拉开，外界向系统输入能量；

松手以后，钢球靠近磁铁，磁势能转化为动能；

发生碰撞后，动能变成声音、振动和热；

想重新开始，还要再次把钢球拉开。

这笔能量账前后是对得上的。

磁铁可以一次次吸引钢球，但每一次循环都需要外界重新把系统恢复到原来的状态。

它可以让钢球从较高的势能状态运动到较低的势能状态，却不能自己把钢球重新送回去。

所以，单靠磁铁的吸引和排斥，无法持续得到免费的机械能。

电机里的磁铁，也要遵守这笔能量账

永磁电机看起来更容易让人产生疑问。

转子一直在转，磁铁一直参与产生转矩，设备还可以连续工作几千甚至几万小时。

这些机械能来自电源。

永磁体在电机中负责建立磁场。电流通过线圈后，与磁场相互作用，产生转矩并推动转子旋转。

电源持续向系统输入电能，电机再把其中一部分转化成机械能。