磁铁有正、负两极之分,而磁铁周围存在磁场。当两块磁铁的不同极相互接近时,磁铁的涡电流就会与异级磁铁相互作用,产生相互吸引的效果。两个磁铁的同极靠近,就会产生互斥。碰消简单来说,磁铁的互吸和互斥是由磁铁中的磁场作用产生的。
磁铁的两极怎么相吸
磁铁的成分是铁、钴、镍等原子,其原子的内部结构比较特殊,本身就具有磁矩。磁铁能够产生磁场,具有吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属的特性。将条形磁铁的中点用细线悬挂起来,磁铁静止的时候,两端祥粗会各指向地球南方和北方,指向北方的一端称为北极或N极,指向南方的一端为南极或S极。这也就是磁铁的正负两极,物理中有磁铁“同极相斥,异极相吸”的说法谨吵镇。
如果将地球想像成一块大磁铁,则地球的地磁北极是指南极,地磁南极则是指北极。磁铁与磁铁之间,同名磁极相排斥、异名磁极相吸引。所以,指南针与南极相排斥,指北针与北极相排斥,而指南针与指北针则相吸引。实际上,这一现象主要与磁铁的磁场有关。
磁铁内部电子向统一方向自旋,类似于电流运动,则这群电流产生统一方向的磁场。同样另一块磁铁也一样,则两个磁场会互相产生电磁感应,产生使两者磁场方向相同的趋势。于是磁铁异性相吸,同性相斥。
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。
磁铁的磁性
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。