磁铁如何工作的科学

磁铁产生的力是看不见的，令人迷惑。你有没有想过磁铁是如何工作的？...

磁铁产生的力是看不见的，令人迷惑。你有没有想过磁铁是如何工作的？

关键收获：磁铁的工作原理

磁性是一种物质被磁场吸引或排斥的物理现象。
磁性的两个来源是基本粒子（主要是电子）的电流和自旋磁矩。
当材料的电子磁矩对齐时，就会产生强磁场。当它们无序时，材料既不会受到磁场的强烈吸引，也不会受到磁场的排斥。

什么是磁铁(a magnet)？

磁铁是任何能够产生磁场的材料。因为任何移动的电荷都会产生磁场，所以电子是微小的磁铁。这种电流是磁性的来源之一。然而，大多数材料中的电子都是随机取向的，因此几乎没有净磁场。简单地说，磁铁中的电子倾向于以相同的方式定向。这在许多离子、原子和材料冷却时会自然发生，但在室温下并不常见。某些元素（如铁、钴和镍）在室温下具有铁磁性（可在磁场中被感应磁化）。对于这些元素，当价电子的磁矩对齐时，电势最低。许多其他元素是抗磁性的。抗磁材料中未配对的原子产生一个弱排斥磁铁的磁场。有些材料根本不与磁铁发生反应。

磁偶极子与磁学

原子磁偶极子是磁源。在原子水平上，磁偶极子主要是电子两种运动的结果。电子绕原子核的轨道运动，产生轨道偶极磁矩。电子磁矩的另一个分量是自旋偶极子磁矩。然而，电子在原子核周围的运动并不是真正的轨道，自旋偶极子磁矩也不是与电子的实际“自旋”相关的。由于存在“奇数”电子时，电子磁矩不能完全抵消，因此未配对电子往往有助于材料具有磁性。

原子核与磁性

原子核中的质子和中子也有轨道和自旋角动量以及磁矩。核磁矩比电子磁矩弱得多，因为尽管不同粒子的角动量可以比较，但磁矩与质量成反比（电子的质量比质子或中子的质量小得多）。较弱的核磁矩负责核磁共振（NMR），用于磁共振成像（MRI）。

来源

郑大伟（1992）。场与波电磁学。艾迪生·韦斯利出版公司ISBN 978-0-201-12819-2。
埃蒂安拉赫塞里酒店；达米恩·吉格努斯；米歇尔·施伦克（2005年）。磁学：基础。斯普林格。ISBN 978-0-387-22967-6。
克朗米勒，赫尔穆特。(2007). 磁性和高级磁性材料手册。约翰·威利父子公司。ISBN 978-0-470-02217-7。

发表于 2021-10-01 06:39
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分类：科学

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