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磁体的发现-应用

我们看到周围到处都是磁铁;冰箱贴纸、磁性螺丝、磁头、磁性玩板、别针架等。大规模的应用包括用于在工业和废料场搬运废金属的起重机。几个世纪以来，磁罗盘一直被旅行者用来导航。想知道它是如何被发现的吗。

磁铁的历史:

根据希腊传说，磁力首先是由一个名叫梅格涅斯的牧羊人发现的，他住在希腊的梅格涅斯尼亚。梅格尼斯在山上放羊。突然，他注意到他的手杖和凉鞋上的钉子都卡在了一块石头上。他的棍子和钉子里的铁都被磁性岩石吸引住了。这种石头被命名为磁铁矿，以牧羊人的名字或发现它的地方命名。由于其诱人的特性，它也被称为磁石。

磁铁矿是三种天然的铁氧化物之一。它会被磁铁吸引，很容易被磁化，形成永磁体。天然磁化的磁铁矿块被称为磁石。

古埃及人开始使用磁铁来玩把戏，通过适当的磁铁位置使崇拜的物体漂浮在半空中。传说，中国的皇帝用磁石建造大门，用磁铁来拯救他的宫殿。金属外壳被磁门吸引，阻止他们进一步移动。

科学家威廉·吉尔伯特(William Gilbert)在他的《磁铁》(De Magnete, 1600)一书中提到了用钢人工制造磁铁的技术。他用了三种技术使钢永久磁化:

• 用磁石沿特定方向从一端到另一端摩擦钢针
• 在强磁力下高温锻造粉铁。
• 让炽热的铁棒在地球磁场中冷却20年。该方法仅具有理论依据，未用于研究目的。

1820年，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特德(Hans Christian Orsted)发现了电磁学的概念。他观察到，当给他的装置供电的电池的电流开关时，指南针的指针会偏离磁北。

磁性的起源

磁性起源于两种类型的运动，1. 原子中电子的运动，电子在原子核周围的轨道,类似于太阳系中行星的运动围绕太阳,, 另一个是电子的自旋绕着它的轴, 类似于地球绕自己的轴旋转。轨道运动和自旋运动分别给每个电子传递一个磁矩，使每个电子都像一个小磁铁一样运动。磁矩是由磁体在垂直于磁轴的单位强度磁场中所受的旋转力定义的。在很大一部分元素中，电子的磁矩由于泡利不相容原理而抵消，该原理指出，每个电子轨道只能被两个自旋相反的电子占据。然而，许多所谓的过渡金属原子，如铁、钴和镍，具有不能抵消的磁矩; 因此，这些元素是磁性材料的常见例子。在这些过渡金属元素中，磁矩只来自电子的自旋。然而，在稀土元素(元素周期表第6行以镧开头)中，电子的轨道运动的影响没有被抵消，因此自旋和轨道运动都对磁矩有贡献。一些磁性稀土元素的例子有:铈、钕、钐和铕。除了过渡金属和合金和稀土元素，也观察到这些元素的各种各样的化合物涉及磁矩。在常见的磁性化合物中有金属氧化物。

磁铁如何工作

物理学家对磁体的作用有一些了解。然而，一些潜藏在磁力之下的现象仍然无法得到科学的解释。磁铁到底是如何工作的?

像条形磁铁中观察到的那种大规模磁场，是由构成原子的带电粒子自然辐射出的磁场产生的。通常，在任何物质的样本中，电子的磁场指向不同的方向，相互抵消。当磁场都朝同一方向排列时，就像磁性金属一样，物体就会产生一个净磁场。每个电子都会产生一个磁场，但只有当它们都在一起时才会产生一个净磁场。否则，人体中的电子会导致每个人经过冰箱时都粘在冰箱上。

目前，物理学有两种解释来解释为什么磁场方向一致: 一种是来自经典物理学的大尺度理论，另一种是被称为量子力学的小尺度理论。

根据经典理论，磁场是围绕在磁粒子周围的能量云，它吸引或推开其他磁性物体。但在量子力学的观点中，电子发射出不可探测的虚粒子，告诉其它物体远离或靠近。

尽管这两个理论帮助科学家理解磁体在几乎所有情况下的行为，但磁性的两个重要方面仍然没有得到解释: 为什么磁体总是有一个北极和一个南极，以及为什么粒子首先会发射磁场。

我们只是观察到，当你让一个带电粒子运动时，它会产生磁场和两极。我们真的不知道为什么。它只是宇宙的一个特征，而数学解释只是试图通过大自然来得到答案。