兩塊磁鐵如何以及為什麼會吸附在一起啊?

2020-12-01 中國科學技術館

　　「嗨！我叫Dean，今年7歲啦。我的問題是：磁鐵如何以及為什麼會吸附在一起啊？」——Dean，7歲，佛蒙特州。

　　Dean你好！

　　這是一個好問題，雖然回答起來會有點棘手，但是我會盡我所能地去回答這個問題。

　　每塊磁鐵都有兩個磁極：南極和北極。我們之所以這樣稱呼它，是因為當你用一根細線將磁鐵懸掛起來時，磁鐵的北極會（近乎）指向北方。

　　這是因為地核（地球的中心）相當於一塊巨大而磁力微弱的磁鐵。而你手上懸掛的這一小塊磁力強大的磁鐵與其平齊，所以它會指向北方。這同樣也是指南針的工作原理所在。

 

　　如果你在磁鐵周圍灑一些鐵屑（鐵的細粉），你就能看到磁場的圖像。圖片來源：www.shutterstock.com 

　　 

　　磁鐵不總是互相吸引 

　　如果你握反了兩塊磁鐵，它們會推開彼此——它們會互相排斥！也就是說，如果你將兩個磁鐵相同的兩個磁極（兩個北極或兩個南極）握在一起，它們會互相排斥。試試看！這感覺就像磁鐵被外面包裹著的一層隱形橡膠推開了一樣。而這看不見的一層被稱為磁場。

 

　　同極相斥：我們可以用帶箭頭的曲線（名為磁感線）來描繪磁鐵周圍磁場的形狀。磁感線總是從磁鐵的北極出發，指向磁鐵的南極。當兩塊磁鐵的同級相向時，磁鐵發出的磁感線指向相反的方向而不能相接。因此磁鐵會推開彼此（互斥）。圖片來源：本文作者 

　　只有當你握住不同的兩個磁極（一個磁鐵的北極指向另一個磁鐵的南極）的時候，這兩塊磁鐵才會吸附在一起（它們相互吸引）。這個時候，磁場就會像一條被拉伸的橡膠帶一樣將兩塊磁鐵拉到一起。（小心，兩塊強磁鐵相吸時的力量足以夾傷你的皮膚）

 

　　異級相吸：當北極與南極相向時，磁感線指向相同的方向而可以相接，因此磁鐵可以被拉到一起（互相吸引）。圖片來源：本文作者 

　　 

　　所以，為什麼這些磁鐵會相吸或相斥？ 

　　你也許聽說過能量這個概念。而運動需要能量。

　　靜止的汽車在汽油燃燒時才會移動。這是因為汽油所儲藏的能量會在其燃燒時被釋放出來。

　　當這些儲藏起來的能量被釋放時，它的部分能量將轉變為動能。科學家稱這種儲藏起來的能量為「勢能」，而稱這種用以運動的能量為 「動能」。

　　當你開始跑步時，你之所以可以跑起來是因為儲存在食物中的能量被釋放出來，其中的部分能量轉化為了動能。

　　這跟磁鐵又有什麼關係呢？這麼說吧，圍繞著所有磁鐵的磁場也有這種儲藏起來的能量。但是有一種方法可以改變磁鐵周圍儲能的量。同時，你改變它的方式將決定磁鐵移動的方向。

　　 

　　需要記住的法則 

　　宇宙萬物都遵循著一個法則。但是在告訴你這個法則之前，我必須得申明的是，解釋為什麼宇宙會遵循這種沒有複雜數學模型的法則並不容易。我只能說：「宇宙它就是這樣表現的」。（抱歉，我也不喜歡這樣的回答。）

　　這個法則是：只要物體儲有能量（同時這個物體沒有被束縛或者被卡在原地），它就會趨向於減少儲藏的能量。而這些儲藏起來的能量將被動能所取代。

　　因此，如果兩個異極相對（北極指向南極）的磁鐵彼此靠近可以減少儲存在磁場中的能量，它們就會被推向一個能夠減少儲能量的方向。也就是說，它們會被拉到一起去（這被稱為吸引）。

　　如果兩個同極相對（南極指向南極或北極指向北極）的磁鐵彼此分開將會減少儲存在磁場中的能量。

　　那麼，我們的法則會讓磁鐵被推向減少其儲能量的方向。也就是說，它們會被分開（互斥）。

　　我同樣需要申明的一點是，下落的物體受地球的吸引而墜落，這不是因為磁性，而是因為重力。地球同樣被一個儲備有能量的重力場包圍著。

　　與磁力不同，重力永遠不會排斥某物，因為它只指向一個方向，不分南極和北極。

　　 

　　我能源源不斷從磁場中獲取儲存起來的能量嗎？ 

　　不能。

　　一旦兩個磁鐵吸附在一起，你將需要通過再次分開磁鐵來把一些能量重新「放回」到磁場之中。你無法獲得任何能量。

　　將磁鐵分開所需要的能量來源於你，而你獲取的這些能量來源於你所吃的食物。而且你所吃的植物或動物又會從其他的植物和動物，或者從太陽那裡獲得能量。所有的能量都來自某個地方。

 

 

　　原文連結：

　　https://theconversation.com/curious-kids-how-and-why-do-magnets-stick-together-101899

　　作者：Stephen G. Bosi

　　翻譯：黃奇芳

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