大家知道,中國古代有四大發明——造紙術、指南針、火藥及印刷術,其中指南針的原理我相信最初古人是沒有完全弄明白的,但這世界上許多的事其實是不需要了解個盡然就可以實際應用了,指南針也一樣,從古至今它指引了多少旅行者前進的方向,但是發明指南針的古人甚至都不會知道地球是個球體,所以你和他談論磁石與地球磁場的關係也沒有什麼意義。
許多人最初接觸磁石的時候,一定會對其神奇的磁力感到不可思議,據說啟發愛因斯坦探索天性的就是來源於父親送他的指南針。那麼自然界的磁石到底是因為什麼原因產生的,它和物理學上的電磁感應又有什麼關係呢?一起來看看吧。
我們知道,麥可·法拉第一般被認為是最早研究和發現了電磁感應的人,電磁感應現象是指放在變化磁通量中的導體,會產生電動勢。此電動勢稱為感應電動勢或感生電動勢,若將此導體閉合成一迴路,則該電動勢會驅使電子流動,形成感應電流。
一般來說電磁鐵的原理就是利用了電磁感應現象,人們在導線圈中通電,用以來製造磁場。但是天然的磁石不需要人為通電,卻依然擁有很可觀的磁性,這到底是為什麼呢?
現代科學普遍認為地球內部磁場的產生使某些天然物質,如三氧化二鐵,變成了天然磁石。
磁鐵礦是一種氧化鐵礦物,是鐵的主要礦石礦物之一。其最重要的物理性質之一就是磁性,並因此而得此名。
現在一般認為物質的磁性起源於原子中電子的運動,磁鐵吸鐵是由磁鐵的特性決定的,電流產生的磁場亦會磁化天然物質,磁化的物質產生電場,電場互相作用就會產生力的作用 。
物質大都是由分子組成的,而分子是由原子組成的,原子又是由原子核和電子組成的。在原子內部,電子不停地運動,在原子核周邊形成電子云,而電子的運動過程會產生磁性。但是在大多數物質中,電子運動的方向各不相同、雜亂無章,磁效應相互抵消。因此,大多數物質在正常情況下,並不呈現磁性。
鐵、鈷、鎳或氧化鐵等鐵磁類物質有所不同,它們的內部電子自旋可以在小範圍內自發地有序起來,從而在物質內部形成一個自發磁化區,這種自發磁化區就叫磁疇。鐵磁類物質磁化後,內部的磁疇整整齊齊、方向一致地排列起來,由於是一致排列不會出現相互抵消的情況,所以在宏觀上就產生了普通人能感知到的磁性。
磁鐵的吸鐵過程其實就是對鐵塊的磁化過程,磁化了的鐵塊和磁鐵的不同極性間產生吸引力,鐵塊就牢牢地與磁鐵「粘」在一起了,人們就會說磁鐵具有磁性了。
一般來說天然磁鐵的磁性與電磁鐵、超導磁鐵比起來要弱得多。如果需要比較強的磁性材料,通常只能使用人造的磁性材料(如:釹鐵硼)。