磁铁的磁极分为S极和N极,一块磁铁从中间掰开,会形成两块小的磁铁,每块小磁铁都拥有S极和N极。
小时候特别爱玩磁铁,拆录音机,拆四驱车,就是为了里面的一小块永久磁铁;一旦我们把磁铁摔碎成两块,就会得到两块磁铁,觉得特别神奇。
磁力的本质是电磁相互作用,可以用麦克斯韦方程组描述;物质由原子组成,原子中的核外电子做绕核运动,如果大量电子形成定向的绕核运动,根据麦克斯韦方程组就会形成磁场,既“运动电荷产生磁场”。
对于大多数物质,微观电子的绕核运动是随机的,于是净磁矩为零,对外不显现磁场;对于铁磁性物质,比如铁、钴、镍、钕合金等等,相邻原子间会发生相互作用,然后形成几微米到几毫米的磁畴。
每个磁畴相当于一个小磁铁,一旦施加外部磁场,这些小磁畴就像接收到命令一般,然后把磁极朝向一个方向,于是整块铁磁性物质就对外显磁性,并被磁铁吸住。
当外部磁场去掉后,部分磁畴无法恢复原样,于是整块物质对外还保留了微弱的磁性,也就是被磁化了;比如我们用永久磁铁摩擦钉子,钉子就会被磁化,如果铁磁性物质被磁化后,还能保留较高且较长时间的磁性,那么就成了一块永久磁铁。
明白了磁铁的微观原理,我们再来看把磁铁掰成两块后,并不会影响到微观磁畴,每一小块都有足够多的磁畴,所以也就分别拥有S极和N极。
如果我们不断分下去,到了磁畴的尺度也会存在磁力,只是强度弱了很多;直到分到原子尺度,只要核外电子的绕核运动是定向的,那么每个原子也会存在磁矩。
只是在量子力学中,科学家从理论上预言了磁单极的存在,甚至好几次在实验室发现过磁单极的痕迹,不过发现过程无法重复,所以磁单极是否存在还有很大的争议。
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