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磁铁之间为什么会相互吸引和排斥,其中的科学原理是什么?

 艾伯史密斯 2020-01-03

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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