众所周知,中国古代有四大发明——造纸术、指南针、火药和印刷术。我相信指南针的原理最初并没有被古人完全理解,但是这个世界上很多东西都可以在不知道一切的情况下应用到实践中。指南针也是一样,自古以来指引着很多旅行者的方向。但是发明指南针的古人连地球是球体都不会知道,所以你和他谈磁铁和地球磁场的关系是没有意义的。
当许多人第一次接触磁铁时,他们会对磁铁神奇的磁力感到惊讶。据说爱因斯坦对自然的探索受到了他父亲给他的指南针的启发。那么自然界中的磁铁产生的原因是什么,和物理学中的电磁感应有什么关系呢?我们来看看。
众所周知,迈克尔.法拉第被普遍认为是研究和发现电磁感应的第一人。电磁感应是指导体置于变化的磁通量中,产生电动势。这个电动势叫感应电动势或感应电动势。如果这个导体闭合成一个回路,这个电动势就会带动电子流,形成感应电流。
一般来说,电磁铁的原理是利用电磁感应现象,人们给线圈通电,产生磁场。但是天然磁铁不需要人工通电,但还是有相当大的磁性。为什么?
现代科学普遍认为,地球内部的磁场使氧化铁等一些自然物质成为天然磁铁。
磁铁矿是一种氧化铁矿物,是铁的主要矿石矿物之一。它最重要的物理性质之一是磁性,因此得名。
现在普遍认为物质的磁性来源于原子中电子的运动,磁铁对铁的吸引力是由磁铁的特性决定的。电流产生的磁场也会磁化自然物质,被磁化的物质会产生电场,电场的相互作用会产生力。
物质大多由分子组成,而分子由原子组成,原子由原子核和电子组成。原子内部,电子不断运动,在原子核周围形成电子云,电子的运动会产生磁性。但在大多数物质中,电子运动的方向是不同的,没有章法,磁效应相互抵消。因此,大多数物质在正常情况下不会表现出磁性。
铁、钴、镍或氧化铁等铁磁物质则不同,其内部电子自旋可以在小范围内自发有序,从而在物质内部形成自发磁化区域,称为磁畴。铁磁物质磁化后,内部磁畴排列整齐,方向一致。因为它们的排列方式是一样的,不会互相抵消,所以宏观上产生了普通人能感知到的磁性。
其实磁铁吸铁的过程就是磁化铁块的过程。磁化铁块吸引不同极性的磁铁,铁块与磁铁牢牢“粘”在一起。人们会说磁铁有磁性。
一般来说,天然磁体的磁性比电磁铁和超导磁体弱得多。如果需要强磁性材料,只能使用人工磁性材料(如钕铁硼)。
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