几个世纪前,人们发现某些类型的矿物岩石具有对金属铁具有吸引力的不同寻常的特性。一种叫做吸引人的东西,或磁铁矿在非常古老的历史记录中(大约2500年前的欧洲,更早的是远东),人们对它很好奇。
后来,它被用来辅助导航,因为人们发现,如果让这块不寻常的岩石自由旋转(悬挂在绳子上或漂浮在水中),它会倾向于朝南北方向移动。
1269年,Peter Peregrinus进行的一项科学研究显示,当钢与磁石的“磁极”之一摩擦时,也会带有类似的“带电”特性。
与电荷不同(比如琥珀与布料摩擦时所观察到的电荷),磁性物体有两个相反的极性,根据它们对地球的自定向,分别表示为“北”和“南”。Peregrinus发现,把一块天然磁石切成两半,是不可能孤立其中的一根磁极的:每一根磁极都有各自的一对磁极:
就像电荷一样,只有两种类型的磁极:北极和南极(通过类推,正极和负极)。就像电荷一样,相同的两极相互排斥,相反的两极相互吸引。这个力,就像这个静电甚至可以穿过像纸和木头这样的物体,而对强度几乎没有影响。
哲学家兼科学家勒内·笛卡尔(Rene Descartes)注意到,在一块平整的布或木头下面放一块磁铁,然后在上面撒上铁屑,就可以绘制出这个看不见的“场”。文件会和磁场,“映射”其形状。结果显示了磁场是如何从磁铁的一极持续到另一极的:
与任何一种场(电场、磁场场、引力场)一样,场的总量或效应被称为a通量,而引起通量在空间中形成的“推力”称为a力。迈克尔·法拉第创造了“管”这个词来指代空间中的一串磁通量(“线”这个词现在更常用)。的确,磁场通量的测量通常是根据磁通线的数量来定义的,尽管这种磁场存在于个别的、离散的常值线中是值得怀疑的。
现代磁学理论认为,磁场是由运动中的电荷产生的,因此从理论上说,像天然磁石这样的所谓“永久”磁铁的磁场是铁原子中电子沿同一方向均匀旋转的结果。
材料原子中的电子是否服从这种均匀旋转取决于材料的原子结构(就像材料的电导率是由材料原子中的电子结合决定的一样)。因此,只有某些类型的物质会与磁场发生反应,能够永久维持磁场的物质就更少了。
铁是一类容易磁化的物质。如果一块铁被带到永磁体附近,铁原子中的电子旋转的方向与永磁体产生的磁场力相匹配,铁就被“磁化”了。无论永磁体的哪一极提供给铁,铁会以这样的方式磁化,使磁通量线融入它的形状,吸引它向永磁体:
先前未磁化的铁在靠近永磁体时被磁化。无论永磁体的哪一极向铁延伸,铁都会以这样的方式磁化,从而被吸引到磁铁上:
参考铁的天然磁性(拉丁文= ferrum), a铁磁材料是一种容易磁化的材料(它的组成原子很容易使它们的电子自旋符合外部磁场力)。所有材料都具有某种程度的磁性,那些不被认为是铁磁性的(容易磁化的)材料被分为这两类顺(磁)或抗磁性(往往排除磁场)。在这两种材料中,抗磁材料是最奇怪的。在外部磁场存在的情况下,它们实际上会在相反的方向轻微磁化,从而排斥外部磁场!
如果一种铁磁性材料在去除外场后仍保持其磁化强度,我们称其为好材料记忆力。当然,这是永磁体必须具备的品质。
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