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为什么磁铁之间会发生相斥相吸现象?背后的科学道理是什么?
为什么磁铁之间会发生相斥相吸现象?背后的科学道理是什么?
答:感觉头条的问答题越来越牛;它涉及到磁学与电磁学;这是我们这些凡夫俗子望而却步的一个问答题。
要搞清楚磁铁为什么同性相斥、异性相吸得首先了解“磁铁为什么有磁力?”。
这个问题还没有一个真正的让人比较容易接受的理论依据;包括1600年的英国人威廉.吉伯发表的关于磁的专著“磁铁”,即使是韦伯.麦克斯韦也只是用一种比较抽象的概念来进行计算而已。
目前为止,科学家们认为天然磁场与磁铁,是因为地球在宇宙中的自转,而形成磁场的元素与电流不断地强力结合,使整个地球变成一个很大的磁场。
不过聪明的人类利用磁和磁的特性(同性相斥异性相吸)为人类服务已经是得心应手了。例如;指南针、电动机、发电机、电声器材、磁疗、磁悬浮、核磁共振等等。
不过这些都是人造磁铁; 磁铁的成分是铁、钴、镍等金属组成,其内部的分子结构比较特殊,其本身具有磁矩。
早在5000年时人类就发现天然磁铁(Fe3O4), 磁力是人们发现的一种力,多年来一直被人们所知。在它如何工作之前,它被认为是一种神奇的力量。与电力密切相关,可以为我们工作。
相当准的磁铁可以吸引其他的物体,或者使它们更好地(推开)。所有这些都是一种不可见的磁场,在那里可以感觉到。磁场在磁铁上的两个地方都是最强的,叫做北极和南极。在棒状磁铁上,磁极两端都有。 如果你把微小的铁分散在磁铁周围,它们沿着磁铁周围的线排列。比其他任何地方收集更多的电线杆。指南针也指向磁力线。
一种像铁这样的磁性材料包含一些被称为磁畴的区域。如果材料不是磁铁,这些区域指向不同的方向(A)。但是,通过在材料上摩擦,磁畴可以向上延伸,变成一块磁铁(B)。 一个指南针平行的小棒磁铁,它的北极与地球磁场相当,向我们展示的是。
以上为个人观点,由于本人才疏学浅,对磁铁的认识完全是一个小白,上述中难免胡说八道的。
知足常乐2019.3.2日于上海
答:磁力的本质是电磁力,在磁性物质内部存在微小的磁畴,磁畴在外界磁场的作用下会把磁极统一朝着一个方向,当撤去外部磁场时部分磁性物质的磁畴无法恢复原样,于是就对外显现磁性,成为一块永久磁铁,满足同性相斥和异性相吸的原则。
磁力
在电磁学当中,电和磁是统一的,电生磁,磁也能生电,可以由麦克斯韦方程组来描述,电磁力是自然界的四大基本力之一,电荷具有同性相斥、异性相吸的原则。对于运动电荷产生的磁场,也具有同性相斥、异性相吸的性质。
磁铁
磁铁可以产生磁场,部分含有铁、钴、镍等金属可以形成永久磁铁,这是因为在这些金属当中,其原子排列具有特殊的结构,相邻原子因为电子自旋产生强烈的相互作用,然后形成微小的磁畴,每个磁畴内电子的自旋磁矩自发朝着一个方向,因此磁畴对外具有很强的磁性。
对于铁原子来说,每个磁畴内含有大约10^20个铁原子,尺度在微米至毫米级别,如果外界没有磁场,磁性物质内的磁畴排列方向就是无序的,整体对外不显磁性;一旦施加外界磁场,这些磁畴在磁场作用下就会统一朝着一个方向,整体对外显磁性,就能被磁铁吸引。
对于一些磁性物质,在外部磁场撤去之后,内部的部分磁畴无法完全恢复原样,于是整体对外还显现出磁性,也就是我们说的被磁化了,形成了永久磁铁,具有S极和N极。
如果把永久磁铁掰成两块,对于每小块来说,其内部都有一定数量的磁极,于是两个小块还是具有S极和N极,同样具有磁性,只是磁性相对于原来要小一些而已。
如果把永久磁铁进行加热,内部原子的不规则运动将会加剧,当加热到一定程度后,原子的热运动将会使原子脱离相邻原子的束缚作用,于是磁畴中的原子方向将会被打乱,永久磁铁也就失去了磁性,这个临界温度被称作居里点,不同磁性物质的居里点是不一样的。
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