機(jī)械社區(qū)

要理解這個(gè)問題，就要搞懂電和磁是一體兩面。
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) I* d& [/ _9 f; E, w# R* O! R電和磁就像硬幣的兩面，磁能生電，電也能生磁，在物理學(xué)上這兩者的關(guān)系非常緊密，因此才有了一個(gè)專用名詞將它們聯(lián)系在一起——電磁場。這也就是為什么發(fā)電機(jī)里面會(huì)有一大塊磁鐵的原因，當(dāng)線圈切割磁場的時(shí)候，或者磁場切割線圈的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生電流�？磩�(dòng)圖一。, P4 Q! }. l. P/ x

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]圖示：磁生電小實(shí)驗(yàn)

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8 a5 U% C- O! Q- _8 w1 H; l當(dāng)吸鐵石進(jìn)入或退出線圈時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流。此時(shí)電流的能量當(dāng)然來自于機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能必須經(jīng)由磁鐵才能轉(zhuǎn)化，否則拿一根木條做同樣的動(dòng)作您得不到電流！反之當(dāng)電流在線圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)也就會(huì)產(chǎn)生磁性和磁場，比如下面的動(dòng)圖二。
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圖示：電生磁小實(shí)驗(yàn)

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將導(dǎo)線纏繞到鐵釘或者一塊木頭上，連上一個(gè)電池通電就會(huì)產(chǎn)生磁性，斷電磁性消失。這是因?yàn)楫?dāng)電流通過螺旋型的線圈流動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生出磁性。當(dāng)然，這時(shí)候的磁性來自于電能，當(dāng)電池放電完畢，磁性自然也就消失。如果要想自己做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，記得最好連上一個(gè)小燈泡或電阻，否則可能造成電池短路，電池就會(huì)過熱，甚至爆炸，必須小心！
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• 明白了電生磁，磁生電，才能理解吸鐵石的磁性到底來源于何處，以及它的能量從哪里來。
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看下面這張圖，這張圖很長時(shí)間內(nèi)都是科學(xué)的象征，表示人類搞懂了物質(zhì)的核心秘密，物質(zhì)是由原子構(gòu)成，而原子又是由電子和原子核構(gòu)成，原子核則由質(zhì)子和中子構(gòu)成。" M# \7 O9 ]( m9 a/ F
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圖示：原子模型

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4 e$ x* F2 ?' P6 V+ c在上面那個(gè)簡單的原子模型中，電子繞著原子核運(yùn)動(dòng)，就像地球繞著太陽運(yùn)動(dòng)，但這是一種錯(cuò)誤的簡化，而磁性也并非是因?yàn)殡娮永@著原子核運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生出來的，不要把它上面那個(gè)電磁鐵中線圈中移動(dòng)的電子與原子圖進(jìn)行簡單類比，放那張圖是要說明原子這個(gè)基本概念。下面這張圖才是磁性的源泉，它源于電子的自旋！電子在自旋的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生出磁性，這就是吸鐵石磁性的真正源泉，只要電子的自旋不停止，那么吸鐵石的磁性就不會(huì)真正消失！1 B; s# P# E3 n7 ?* D( d0 D

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圖示：自旋的電子產(chǎn)生出磁性

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至于電子自旋的能量從哪里來？那答案就是宇宙大爆炸了，電子自旋是電子的基本屬性，這個(gè)屬性真是老天爺給的呢。
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# s  o2 }* \+ m# O. R9 w) g但是，我們還沒有把這個(gè)問題完全說明白，還留下了兩個(gè)缺陷，一個(gè)顯著一個(gè)隱蔽。& ?9 j8 }( e6 |5 C8 E% r$ C

. s* q9 k' [8 K) ]& }' i顯著的缺陷是，為啥其它物質(zhì)沒有表現(xiàn)出磁性，甚至都不會(huì)被吸鐵石吸引？( n$ ]) n. I: f3 t* [7 Y9 a1 g7 T

/ E2 m2 ^0 P9 F8 f4 g9 Q1 N4 C/ P5 M隱蔽的缺陷是，吸鐵石在加熱后會(huì)喪失磁性，冷卻后磁性又恢復(fù)這又是怎么回事？0 |) Y9 Q, N) F$ `% h

# r1 z& X( i: X8 |+ A! u讓我們一 一回答+ b* S2 ^1 }  y0 A
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• 為何大多數(shù)物質(zhì)沒有表現(xiàn)出磁性？
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圖示：成對電子自旋方向相反

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當(dāng)電子的自旋方向相反時(shí)，成對電子產(chǎn)生的凈磁性為零，因?yàn)樗鼈兊拇判砸睬『孟喾�，彼此完美抵消。這樣的原子非但不會(huì)產(chǎn)生出磁性，也不會(huì)被磁性吸引！而鐵為何會(huì)被外在磁場吸引，并且鐵也很容易保留住磁性，成為磁鐵，原因在于鐵具有四個(gè)不成對的電子！這些不成對的電子會(huì)產(chǎn)生相互排列的凈磁場，并將整個(gè)原子變成一個(gè)迷你磁鐵。# `- I* N9 g& M

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圖示：常見三大可被磁性吸引的金屬，鐵鈷鎳。它們都具有未成對電子。

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; S" k$ Y* y; e; }5 a$ H" A& Y' U$ `每一個(gè)鐵原子就是一個(gè)微小的磁鐵，只不過這些微小的磁鐵通常排列得亂七八糟，導(dǎo)致這些微小的磁鐵彼此間的磁場全部抵消，所以普通的整塊的鐵，就沒有磁性，直到它們被磁化！
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圖示：將鐵放在磁場中一段時(shí)間后，伴隨著不同鐵原子中的磁場重新排列，現(xiàn)在鐵開始具有磁性，而且當(dāng)外界磁場撤銷后，鐵還能保留住磁性，變成一塊有磁性的鐵，即磁鐵。$ t) v: q. ~2 ]+ v( }; l

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• 為什么吸鐵石受熱后會(huì)喪失磁性？. p2 v. O% Z& t$ r% A% ]5 N8 O
  
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其實(shí)看到上圖中鐵是如何變得有磁性的就能猜到吸鐵石為何受熱后磁性會(huì)消失或下降，原因在于加熱導(dǎo)致原子振動(dòng)，這種振動(dòng)破壞了原子的有序排列，讓內(nèi)部的微小磁鐵彼此間的指向混亂，不在保持統(tǒng)一的方向，于是磁性就消失了，但如果受熱時(shí)間不長，隨著吸鐵石的冷卻，磁性又可以恢復(fù)，但如果過度受熱，吸鐵石的磁性也可以永久消失，直到再次被磁化。這個(gè)現(xiàn)象又被稱為居里效應(yīng)，消磁的溫度又被稱為居里溫度，是的，就是著名的居里夫人的老公，皮埃爾·居里。+ s# Q0 y6 M$ V4 Z
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圖示：磁鐵受熱喪失磁性，冷卻又恢復(fù)磁性的循環(huán)。

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