能源的存亡

沈建平

上海閘北發(fā)電廠運檢部 上海 200438

一、磁現(xiàn)象的基本知識

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度：

通電導(dǎo)體在磁場中受到磁場力的作用，1米長的導(dǎo)線，通以1安培的電流，如果受到的磁場作用力為1牛頓，那么該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度定為1特斯拉。

一般永磁鐵附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度約為0.4-0.7特斯拉，在電機(jī)和變壓器的鐵心中，磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)0.8-1.4特斯拉，通過超導(dǎo)材料的強(qiáng)電流所產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)可達(dá)1000特斯拉，而地面附近地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大約只有0.5×10-4特斯拉。

2.磁通量：

在勻強(qiáng)磁場中的磁力線，是一組疏密均勻方向一致的平行線，垂直穿過磁場中的某一面積的磁力線的多少叫做穿過這個面積的磁通量，用Φ表示。Φ = B·S

B的單位為特斯拉，S的單位為米2，這時Φ的單位叫韋伯，代號：Wb。

1韋伯 = 1特斯拉 * 1 米2

磁場是由電流(電荷運動)產(chǎn)生的，對于“無限長”載流直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度：

μ0：真空中的磁導(dǎo)率，μ0= 4π* 10-7特斯拉·米/安培

= 4π* 10-7亨利/米

二、鐵磁質(zhì)

1.軟磁材料。鐵磁性材料在工程技術(shù)上應(yīng)用很廣，不同的磁性材料導(dǎo)磁性能各不相同，一種磁性材料是否適用于某種用途，工程上常常是依據(jù)它的磁滯回線來決定。根據(jù)磁滯回線的不同,可以將鐵磁性材料區(qū)分為軟磁材料和硬磁材料。

軟磁材料的特點：磁導(dǎo)率大，矯頑力小( Hc〈 102安/米),磁滯損耗低，它的磁滯回線成細(xì)長條形狀。這種材料容易磁化，也容易退磁，適用于交變磁場,可用來制造變壓器、繼電器、電磁鐵、電機(jī)以及各種高頻電磁元件鐵芯。

2.硬磁材料。硬磁材料的特點是：:矯頑力大(Hc>102安培/米)，剩磁Br也大。這種材抖的磁滯回線所包圍的面積肥大，磁滯特性顯著，因此，硬磁材料充磁后，仍能保留很強(qiáng)的剩磁，并且這種剩磁不易消除，這種硬磁材料適合于制成永久磁鐵。例如，磁電式電表、永磁揚聲器、耳機(jī)、小型直流電機(jī)以及雷達(dá)中的磁控管等用的永久磁鐵，都是由硬磁材料做成的。

三、磁引力與磁引力能

設(shè)面積為Am的一塊磁體，與面積為A的一塊銜鐵距離為Lg，若銜鐵與磁體之間的磁通密度和磁場分別為Bg與Hg，則氣隙內(nèi)的能量密度為BgHg/2，磁體對銜鐵有一吸引力F，如果外力使銜鐵與磁體的距離增加d Lg，則這個外力必須反抗吸引力F而作功dW=F* Lg，其結(jié)果是使氣隙能量增加dE，銜鐵距離增加d Lg后，相應(yīng)的氣隙體積增加為A g*d Lg，所以氣隙能量增加為

這個能量增加與外力反抗吸引力F所作的功dW相等，

上式說明，吸引力與氣隙的面積A g、氣隙的磁場Hg、磁通密度Bg成正比，與銜鐵寬度b無關(guān)(圖6-1)，增加Hg需采用矯頑力高的材料。

圖6-1

磁力公式的分析：

永磁體原來的氣隙能量就是等于永磁體本體的能量，

如果銜鐵與永磁體相距很遠(yuǎn)，則上述二式相等。在永磁體能夠作用到的距離中，若銜鐵與永磁體的距離發(fā)生了變化，則兩者之間氣隙磁能的增加量就是外力必須反抗磁引力所作的功，氣隙磁能的減少量就是磁引力可對外作的功，而同時氣隙磁能的增加量或減少量亦就是銜鐵磁能的減少量或增加量，即氣隙磁能與銜鐵磁能是一個能量守恒關(guān)系。銜鐵為了存儲氣隙磁能的減少量，就必須有一定的體積V，因為

如果，銜鐵的特性與體積能夠全部接受永磁體對其的磁化能，上述推導(dǎo)的磁力公式就能成立，因為要有一定的體積，所以銜鐵要有一定的厚度。如果一定的體積量已能夠全部接受永磁體對其的磁化能，再增加體積就沒有意義了。

永磁體磁化銜鐵的狀況是這樣的情況：如圖(6-2)所示

圖6-2

在一定的距離中，永磁體的磁力線一部分自已閉合循環(huán)，一部分感應(yīng)銜鐵，被感應(yīng)出來的銜鐵另一端的磁力線回到永磁體的另一端，符合磁力線永不相交但又是閉合的規(guī)律。

銜鐵在磁場中受到磁化后，其前后界面的磁通量是相同的。永磁體對銜鐵進(jìn)行磁化，若銜鐵前界面受到了N極的磁化，則銜鐵的前界面被磁化成S極，有X根磁力線，則銜鐵的后界面一定會產(chǎn)生相同數(shù)量的磁力線為N極，即前后界面的磁通總量是相等的，若前后界面的面積相等，則磁場密度也相等，這亦是鐵磁性材料被磁化的基本規(guī)律。

相對于某一固定永磁體，若要分銜鐵前后界面的氣隙能量的話，銜鐵前界面氣隙能量的減少量亦就量銜鐵后界面的氣隙能量的增加量，銜鐵在磁場中的任一位置，銜鐵前后界面的氣隙能量的和就是等到于某一固定永磁體本身所具有的磁力能。

在實際過程中，永磁體與銜鐵的力的關(guān)系是不會如公式所述的那樣簡單，它與很多因素有關(guān)，所以對一具體的永磁體與銜鐵的力與距離的關(guān)系是通過試驗作出來的，如圖6-3所示：

如圖6-3所示

陰影部分才是真正的磁場力可作的功。它當(dāng)然比永磁體本身所具備的磁能小。

四、動態(tài)磁路的設(shè)計

磁場發(fā)生變化的磁路稱為動態(tài)磁路,氣隙磁場的變化可以是由于氣隙尺寸距離的變化引起的,也可以是由于其他干擾磁場引起的,或者是這兩個因素同時引起的。

1.動態(tài)磁路一：

(圖7-1)

邊界條件：

1)M：已磁化的永磁體，磁極在左右兩端。

2)A、B…N：軟磁性材料，左右間盡寸寬度為b(圖未標(biāo)) 。

3)A、B…N、M：均為剛性材質(zhì)。

4)滑軌：與磁性不會產(chǎn)生作用力的材料，水平按裝。當(dāng)磁性材料在滑軌上滑動時無摩擦力產(chǎn)生。

5)對于某一固定永磁體，對有限個軟磁體A-N與其逐個串聯(lián)接觸，永磁體M總磁通量不發(fā)生變化，則對應(yīng)的磁引力能亦不發(fā)生變化。

永磁體M左右兩側(cè)裝有固定裝置，即M不能向左右側(cè)運動，當(dāng)A左端與M 右端相距L距離時，相互之間沒有產(chǎn)生作用力，當(dāng)A沿著滑軌向左滑動到與M 相距為L1距離時，M 與A之間開始產(chǎn)生磁引力Fa，此時M 對A有一磁引力能Wa，永磁體M 的磁通量分為兩部分，一部分通過軟磁體A，稱為有用磁通量Φu，另一部分不經(jīng)過A，而是永磁體M 本身走回路，稱為漏去磁通量ΦL。在引力場的作用下，A將沿著滑軌向M 移動，在滑動過程中，磁引力Fa反抗外力而作功，A可通過某一裝置將磁引力所作的功對外輸出。隨著磁引力反抗外力作功，A越來越靠近M，則磁引力亦在增加，經(jīng)過A的有用磁通量亦增加。當(dāng)A與M 完全吸在一起后，氣隙能量為零，M 的磁通量全部經(jīng)過A。在理想轉(zhuǎn)化過程中，永磁體M 磁能所作的功Wa 完全對外輸出。

在A向M滑動過程中，其有用磁通量的逐步增加就意味著M與A之間的氣隙能量在逐步減少，最終為零。

當(dāng)A與M 完全吸在一起后，因為磁阻Rm與磁導(dǎo)率μ是反比關(guān)系，磁導(dǎo)率越大，則磁阻越小，磁通量亦越大。而A的導(dǎo)磁率μ>>空間導(dǎo)磁率μ0，所以，可認(rèn)為M 右端的磁力線完全經(jīng)過A的右端向外發(fā)出。當(dāng)B沿滑軌向左滑至距M 為L2時(圖未標(biāo)出)，則B就開始進(jìn)入一個引力場。即M 對B也產(chǎn)生了一個磁引力能Wb，與A不同的是M 的磁力線是經(jīng)過A而對B起了作用。在引力場的作用下，B將沿著滑軌向M 移動，在滑動過程中，B可通過某一裝置將磁引力所作的功對外輸出。在理想狀態(tài)下，Wa=Wb。此時圖示系統(tǒng)對外輸出的能量為W=Wa+Wb=2Wa，依此類推，上述過程進(jìn)行了n次后，則對外輸出能量為W=n*Wa，其狀態(tài)由(圖7-1)到了(圖7-2)。

(圖7-2)

現(xiàn)將力作用于A，使A向右滑動，在滑動過程中，A右端的軟磁性材料被帶著一起滑動，而A-N整體必須克服M 對其產(chǎn)生的磁引力能Wa，而這個Wa必須由外系統(tǒng)輸入。在滑動過程中，永磁體M 的磁通量亦分為兩部分，一部分通過軟磁體A-N，稱為有用磁通量Φu，另一部分不經(jīng)過A-N，而是永磁體M 本身走回路，稱為漏去磁通量ΦL。在外力場的作用下，A-N將沿著滑軌向右滑動，在滑動過程中，外力要反抗磁引力而作功，隨著A-N的右移，則磁引力亦在減少，經(jīng)過A-N的有用磁通量亦減少。當(dāng)A與M 相距L1時，磁引力也就消失。若A由L1距離繼續(xù)右移至L距離，這個過程則無需能量交換，整個過程又回到圖7-1狀態(tài)。

在A向右滑動過程中，其有用磁通量的逐步減少就意味著M與A-N之間的氣隙能量在逐步增加，最終為M本身具有的磁能Wa。

上述過程進(jìn)行了一個循環(huán)后，圖示系統(tǒng)對外輸出能量n*Wa，外系統(tǒng)對圖示系統(tǒng)輸入能量Wa，則有能量差：(n-1)*Wa，這個(n-1)*Wa的能量是圖示系統(tǒng)對外系統(tǒng)輸出的能量，而圖示系統(tǒng)對外輸出了(n-1)*Wa的能量后圖示系統(tǒng)本身的能量(磁引力能量)并沒有減少，即外系統(tǒng)無償?shù)氐玫搅四芰?n-1)*Wa。這里的關(guān)鍵是：A,B…N體相對于M 而言分別均有一個磁引力的勢能Wa，通過一定的裝置將其能量分別輸出，總和為n*Wa,而這些物體整體克服M 的磁引力勢能時,所需輸入能量為Wa。如果上述循環(huán)連續(xù)進(jìn)行，則就可連續(xù)得到能量(n-1)*Wa，即這個圖示系統(tǒng)就可以源源不斷的輸出能量，而其本身又沒有消耗新的能量，那就可以說：這個圖示系統(tǒng)是一個“永動機(jī)”的動力源。當(dāng)然，在實際滑動過程中以及通過一定的裝置將能量轉(zhuǎn)化過程中，這個圖示系統(tǒng)中的能量總是有一定的損耗的，但上述原理總是存在的(上述過程各種能量轉(zhuǎn)換的具體形式是可以不同的)，只要盡量減少各種損耗，對各個能量傳遞、轉(zhuǎn)換方面進(jìn)行完善，那么圖示系統(tǒng)的輸出能量(n-1)*Wa減去損耗能量Ws后的部分就可以被人們來利用了。

備注：

根據(jù)磁路定律

Rm=b/(μS)

對于某一固定永磁體，磁通勢εm不變，對于有限個軟磁體A-N與其逐個串聯(lián)接觸，其磁阻Rm將要逐漸增加，所以永磁體M 總磁通量逐漸減少，其對應(yīng)的磁引力能亦逐漸減少，如果軟磁體寬度b盡量短(磁引力與寬度b無關(guān))，截面積為S足夠大，磁通率μ足夠大(工業(yè)純鐵其相對磁導(dǎo)率μr =5000，超坡莫合金μr = 66000)，對有限個軟磁體A-N與其逐個串聯(lián)接觸，磁引力能亦將逐漸緩慢地減少。即在圖7-1到圖7-2中，隨著軟磁體逐個與永磁體M 串聯(lián)接觸，其磁引力能輸出亦將逐漸緩慢地減少，其總的磁引力能輸出比上述的理想狀態(tài)(n-1)*Wa要小。不論如何，上述總的工作趨勢是不變的。

2.動態(tài)磁路二：

邊界條件與動態(tài)磁路一相同。起始狀態(tài)從圖7-2開始

現(xiàn)將力作用于N，使N向右滑動，在滑動過程中，必須克服磁引力FN，當(dāng)右移到足夠遠(yuǎn)FN=0時，外界使其右移所輸入的功為WN，N在右移過程中，受到的磁引力根源在于永磁體M，而磁力線是通過軟磁體N-1右端發(fā)出對N產(chǎn)生了磁引力FN，原因與前述相同，在理想狀態(tài)，M的磁引力能所作的功W與輸入的功WN相同，W = WN。

再將軟磁體N-1右移，右移到足夠遠(yuǎn)時FN-1=0，外界使其右移所輸入的功為WN-1，在理想狀態(tài)，WN-1= WN= W 。依次類推，將軟磁體逐個右移，每次所作的功與磁引力能所作的功W相等。當(dāng)A亦右移至磁引力FA=0時，則外界輸入的總功為W=n*Wa，其狀態(tài)由(圖7-2)到了(圖7-1)。

現(xiàn)將軟磁體A-N作為一個整體左移，當(dāng)移至L1時，M 與A-N之間開始產(chǎn)生磁引力Fa，此時M 對A-N有一引力能Wa，在引力場的作用下，A-N將沿著滑軌向M 移動，在滑動過程中，吸引力F反抗外力而作功，A-N可通過某一裝置將磁引力所作的功對外輸出。隨著磁引力反抗外力作功，A-N越來越靠近M，則磁引力亦在增加，經(jīng)過A-N的有用磁通量亦增加。當(dāng)A-N與M 完全吸在一起后，氣隙能量為零，M 的磁通量全部經(jīng)過A-N。在理想轉(zhuǎn)化過程中，永磁體M 磁能所作的功Wa 完全對外輸出。其狀態(tài)由(圖7-1)回到了(圖7-2)。

上述過程進(jìn)行了一個循環(huán)后，圖示系統(tǒng)對外輸出能量Wa，外系統(tǒng)對圖示系統(tǒng)輸入能量n*Wa，則有能量差：(n-1)*Wa，這個(n-1)*Wa的能量是外系統(tǒng)對圖示系統(tǒng)輸入的能量，而外系統(tǒng)對圖示系統(tǒng)輸入了(n-1)*Wa的能量后，圖示系統(tǒng)本身的能量(磁引力能量)并沒有增加，圖示系統(tǒng)與外系統(tǒng)亦沒有其它形式的能量或熱量產(chǎn)生，即圖示系統(tǒng)無償?shù)氐玫搅四芰?n-1)*Wa，并且將其消失于無形之中，如果上述循環(huán)連續(xù)進(jìn)行，則就可連續(xù)將能量(n-1)*Wa消失于無形之中，那么，這個圖示系統(tǒng)就變成了“永動機(jī)”的對立面，暫且叫做“不動機(jī)”。

備注

根據(jù)動態(tài)磁路一中的備注，從圖二到圖一的過程中，需克服的磁引力能將逐漸增大，最大為Wa，而A-N作為一個整體左移時，磁引力能的輸出最大，因此，總的將能量消失于無形之中的數(shù)量比理想狀態(tài)(n-1)*Wa來的小。

六、總結(jié)

若動態(tài)磁路一、動態(tài)磁路二成立的話，那么就會有這樣的結(jié)論：引力產(chǎn)生了運動，運動產(chǎn)生了“永動機(jī)”，運動亦產(chǎn)生了“不動機(jī)”。

從更大的范圍而言，就可以這樣的結(jié)論：引力會產(chǎn)生運動，運動會產(chǎn)生“永動機(jī)”，運動亦會產(chǎn)生“不動機(jī)”。

現(xiàn)在的觀點認(rèn)為：能夠自行產(chǎn)生能量的永動機(jī)是不存在的，能量是只能從一種形式轉(zhuǎn)換到另一種形式。那么，動態(tài)磁路一、動態(tài)磁路二也許就打破了這種觀點。

我非常清楚稿件所述的目標(biāo)與當(dāng)今科學(xué)共識之間的矛盾,但是稿件所述的動態(tài)磁路一、動態(tài)磁路二中的各個過程并沒有違反當(dāng)今的科學(xué)規(guī)律，也許上述圖示系統(tǒng)所產(chǎn)出或消失的能量只能在實驗室中被證明，要應(yīng)用于人類的各項活動中還有很長的路，但這是人類對能量認(rèn)識的進(jìn)步，是探索能量從無到有和從有到無的開始。通過人類積極探索能量的特點，使人類在將來的活動中能更好地與自然互相協(xié)調(diào)，共同發(fā)展。