磁铁是有磁性的物体,物体的磁性是从哪里来的呢?
从头说起,1820年丹麦的奥斯特发现了电流的磁场,第一个揭示了电与磁的联系。也极大的激发了科学家们探究电流的磁场的热情,他们将电流通过弯成各种形状的导线,研究电流产生的磁场。
大家知道,物质由原子组成,原子有带正电的原子核和带负电的电子组成,核外电子绕原子核旋转就形成环形电流,因此,一个原子就相当于一个小磁针。也就是说物体是由无数的小磁针组成,如果这些小磁针是杂乱无章的,磁性就互相抵消,不显示磁性,如果这些小磁针的排列是规则的,南北极顺序都趋于一致,在内部由于南北极相对,不显磁性或磁性较弱,在两端分别都是同一磁极,磁性就很强,所以就是磁极。
据此,有磁性的物体,内部小磁针排列的结果,必然出现磁性最强的部分,就要有磁极,与物体形状无关。因此,球形磁铁,哪怕是绝对的球形也有磁极。
人类最早从天空中的雷鸣闪电而认识了电现象,磁体上磁性最强的部分叫磁极。磁体周围存在磁场,磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。一个磁体无论多么小都有两个磁极,可以在水平面内自由转动的磁体,静止时总是一个磁极指向南方,另一个磁极指向北方,指向南的叫做南极(S极),指向北的叫做北极(N极)。之间呈现同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的现象。
物理学家进一步发现,磁石的南北极总是同时存在的,你无法将它们分开。当你将一个天然磁铁“切”开而企图分成两部分时,你得到两个磁铁,它们分别具有南极和北极。也就是说,你总共会得到4个磁极,却无法得到一个单独的磁极(南极或北极),即磁单极子。
科学家奥斯特发现了磁现象和电现象之间的联系。法拉第对电和磁做了大量的实验研究工作之后,经由麦克斯韦天才地用数学公式加以总结归纳,建立起了经典电磁理论的宏伟大厦。然而,麦克斯韦的数学水平虽高,也没有将他的方程写成电和磁完全对称的形式,因为那不符合物质结构的本来面目,这也是物理理论和纯数学的区别。
无论如何,我们物质世界的结构在电和磁方面本质上就是不对称的。19世纪末,约瑟夫·汤姆孙发现电子,20世纪初,物理学家们建造了物质结构的分子原子模型,电荷的存在毋庸置疑,磁单极子却谁也没见过,因而,麦克斯韦方程最好还是写成那个不对称的样子。
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