磁铁

　　磁现象是一种自然现象，古今中外的人们都是逐渐认识其性质的。

　　早在3000多年前，我国劳动人民就发现了磁石吸铁的现象。到战国时期，人们已经知道把天然磁石磨成勺子的形状，放在光滑的石板上，勺子把就会自动指向南方。这就是世界上最早的指南针，古人将其称为“司南”。

　　指南针是中国人引以为荣的四大发明之一。有了指南针，才有了后来的大航海时代，才有了西方工业文明和美洲大陆的发现。19世纪初，丹麦学者奥斯特第一个观察到了电流对磁针的作用。1831年，英国科学家法拉第又发现了电磁感应的规律。从此，磁现象和磁性材料的研究与应用，成了电工学和电子学中的一个重要范畴。

　　电和电磁可是，磁铁为什么能吸引铁、钴、镍等金属而对于铜、铝等金属就不起作用呢？指南针又为什么能指向南方？这其中有什么联系吗？

　　磁铁靠近铁钉或镍币时，会把它们吸住，这种吸引力就叫磁力，磁力作用的范围叫做磁场。能够被磁铁吸住的物体叫做“磁性体”，它本身在特定条件下也可以变成磁铁或具有磁性。

　　磁石吸铁的性质叫做磁性。如果我们用一块天然磁石沿一固定的方向，多次地摩擦一根钢针，就能使钢针带上磁性，这个过程叫做磁化。就像电池生电一样，磁力也是磁铁产生的。由于磁力是从磁铁的两端产生出来的，如果把铁屑撒在条形或马蹄形永久磁铁的周围，铁屑就公自动集结在磁铁的两端，而在磁铁的其余部位，却几乎看不到有铁屑被吸引上去。这个现象说明，磁性最强的部位，集中在磁铁的两端，我们把这两端称为磁极。在电池上，把流出电流的一端叫正极，进入的一端叫负极。而磁铁的两端，一头叫北极，另一头叫南极。

　　它们有了这两个名字，也是具有科学道理的。用线把磁铁悬吊起来，这时，磁铁总有一端指南，一端指北，指北的一端当然是北极，那指南的，就是南极了。磁铁之所以有南北指向，正因为地球本身是个大磁铁。如果从磁铁的角度看，那么地球的北极附近是S极，南极附近是N极。所以，磁铁的N极指向北，S极指向南。

　　在英语里，“North”这个词表示北方，“South”这个词表示南方，所以通常用N表示北极，用S表示南极。

　　用一根细线把磁铁悬挂起来，使它能自由地旋转，但它最后总是沿着一个磁极指南、另一个磁极指北的方向静止下来。通常我们把指向南方的磁极叫做南极（或S极），指向北方的叫北极（或N极）。就像正、负两种电荷间具有同性相斥、异性相吸的性质那样，在南、北两个磁极之间也存在着相互作用的力——磁力。

　　如果没有导线把电池的两端连起来，是不会有电流通过的，而磁力不需要导线，它可以直接穿过空间。而且，和电的流动相同，它也一定要走过一圈（从N到S），决不中途停顿或断开。磁走过的路线是看不见的，我们用磁力线来表示。磁力线是一个抽象出来的概念，它本身并不存在，但磁场是存在的，我们用磁力线的方向来表示磁场的方向，用磁力线的疏密来表示磁场的强弱，磁力线越密，表示磁场越强。

　　虽然磁场看不见摸不着，但它确实是客观存在的一种物质。如果在磁铁的上方放一块有机玻璃板或塑料板并撒上铁粉，然后轻轻弹振塑料板，我们会看到，铁粉有规则地排列成一圈一圈的形状，这就是磁力线的分布情况，也就是磁场的情况。

　　电极具有同性相斥、异性相吸的特性，磁极也一样，南极与南极、北极与北极接触时会相互排斥，可是磁铁的南极与北极不用接触，只要一接近，就会相互吸引。

　　磁力线喜欢走捷径，在它经过的途中，如放一块铁（磁性材料），它就不绕大圈子，而是穿过铁块。而且，尽力把铁块拉到自己身边，离得越近越好，这就是“吸引”作用。

　　如果迷路时要想判断方位，就可以使用指南针，它其实就是个很轻的磁铁。因为指南针既可以指南，也可以指北，就简单地叫它“磁针”。由于地球的北极是S极，它要吸引指南针的N极，所以，指南针的N极指向北方；同理，地球的南极是N极，它要吸引指南针的S极，所以指南针的S极指向南方。地球和指南针的磁力线是一致的，但方向相反。如果把指南针放在地球的南极或北极，就应该把指南针立起来放置。

　　当磁针放在其他磁铁附近，也就是磁场内时，它的方向就会改变，从而发生旋转。如果磁铁的磁力较弱，磁针偏转角就比较小，如果磁铁磁力较强，磁针偏转角就会比较大。

　　传说大海中有一座神奇的岛屿，美人鱼在岛上唱歌迷惑过往的水手。谁要是听到歌唱，一定会被迷惑，等待他的只能是船毁人亡。可是，据说大海中真的就有这么一座岛，任何靠近它的船只都会莫名其妙地以飞快的速度向它驶去，粉碎在岸边陡峭的礁石上。

　　后来有一艘船在即将重蹈覆辙的时候，船长果断地下令弃船，船员们才得以坐着小艇生还。据生还者讲，当时船上所有的罗盘都失灵了，而船也失去了控制，不顾一切地撞向小岛的悬崖。

　　当然，这座岛上根本没有什么美人鱼，不过，却有另一样更致命的东西：磁场。原来岛上富含磁性矿物质，因此整座岛变成了一个大磁铁，铁壳的船只一旦靠近它，难免会被它吸过去，而罗盘——也就是指南针，当然也会在强磁场的干扰下失灵。

　　磁力和磁场

　　我们说过，磁场的强弱，用磁力线表示。如果将两根磁棒串联放置时，穿过单位横截面积的磁力线数目不会改变；并联放置时，穿过单位横截面积的磁力线数目增多，也就是磁力线变密了。数目不变的，磁场的强度不变；数目增多的，磁场增强。不过，并置时必须把两根磁棒压紧，否则不会增强。

　　把铁块或钢块置于“U”形磁铁的两极，则铁块和钢块将被磁化，它会吸起铁屑，当把铁块和钢块由磁极下端移开时，则仍有许多铁屑被吸在钢块上，而铁块上的铁屑几乎全部脱落。

　　磁化停止后，钢块上所保留的磁性叫做剩磁，铁块的剩磁少，钢块的剩磁多。

　　如果把两块强弱不同的磁铁并置在一起，强磁铁的磁力线将强行通过弱磁铁，使弱磁铁的磁力线被抵消。本来，它们是同极并置在一起的。这样一来，当它们离开时，弱磁铁的S极与N极就互相调换了位置，原来的S极变成N极，原来的N极变成S极。

　　弱磁铁在强磁铁的作用下，体内小磁体的取向就改变了，所以像刚才说的，它就改变了原来磁力线的方向。

　　这里教大家一个用磁铁吸引铁钉或曲别针之类的小东西的游戏吧？请准备一些这样的物品做下面的实验。到商店买3～5块铁氧体材料的磁铁和10米长、0.4毫米直径的漆包线。买磁铁时要挑表面平整光滑些的，当把它们串置在一起时，能互相吸得牢固，这样的磁铁可当磁棒使用。

　　用磁铁把小铁钉吸上来以后，小铁钉也变成磁铁了。当然，比起磁铁来，它们的磁力是很微弱的。虽然弱，也具有了磁性。如果用小铁钉靠近它附近的其他铁钉时，就会一个连一个地吸上来，吊成一串，十分有趣。

　　不论什么形状的铁，它里面都有磁铁的“成分”，这成分究竟是什么，稍后我们再探讨，可以把它们暂且看成是一个个微型的小磁体。平时它们是杂乱无章地排列的，所以显示不出磁性。假如把铁放到磁场内，小磁体们整齐一顺地排列起来，于是，磁性就能够显示出来了。

　　为什么磁铁只吸引铁、钴、镍等金属呢？

　　事实上，这个问题是有不恰当之处的，因为实验表明，任何物质在磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。物质被磁化以后，就成为一个磁体，与磁化它的磁铁间发生同性相斥异性相吸的作用。像铜、铝这些金属也可具有磁性，只是磁化非常弱，受到的磁力也就很弱，基本看不出来。

　　像铁、钴、镍那样能够被强烈磁化的物质，叫做铁磁性材料。钢以及掺有钴、镍等金属的合金，经过磁化以后，能长久地保持磁性，人们称它们为永久磁铁。常用的直流电流表、电度表、扬声器、耳机等许多电气设备中，都要用到永久磁铁。

　　磁化后的铁磁性物质，它们的磁性并不因外磁场的消失而完全消失，仍然剩余一部分磁性，叫做剩磁铁磁性物质。按剩磁的情形分为软磁性材料和硬磁性材料。软磁性材料的剩磁弱，而且容易退磁。硬磁性材料的剩磁强，而且不易退磁，适合于制成永久磁铁。应用在磁电式仪表、扬声器、话筒、水磁电机等电器设备中。

　　还有一种磁性材料，叫做铁氧体，它是由氧化线和二价金属（如Ni、Co、Mn、Mg等）的氧化物组成的，在电性能上与半导体相似，在磁性上与铁磁性材料相似。铁氧体在电子技术中已经成为不可缺少的磁性材料，在电子计算机中利用铁氧体做记忆元件，在电子线路中广泛利用铁氧体做电感线圈的磁心。

　　一块永久磁铁，不论把它切成多少块，每一小块都是磁铁，都有自己独立的南极和北极，的确是一个有趣的现象。

　　很多电气设备，如电动机、蜂鸣器、扬声器等，就是利用磁力进行工作的。两种磁极与两种电荷毕竟还是不同的。比如，正电荷与负电荷是可以分离的，但是想要得到单独存在的南极和北极却是不可能的。即使把一根条形磁铁分成许多段，每一段也总还是有南、北两个相反的磁极。

　　磁场是磁体间发生相互作用传递能量的物质，磁铁是具有磁性的物体，磁性是磁体具有的性质。

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