這里看到的洛德斯通是磁鐵礦的一種形式，是天然存在的最強(qiáng)磁鐵。注意這件作品是如何吸引小塊金屬條的。維基媒體/（抄送署 4.0）

當(dāng)今的許多電子設(shè)備都需要磁鐵才能工作。這種對(duì)磁鐵的依賴是相對(duì)較新的，主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)代設(shè)備需要比自然界中發(fā)現(xiàn)的磁鐵更強(qiáng)的磁鐵。洛德斯通是磁鐵礦的一種形式，是天然存在的最強(qiáng)磁鐵。它可以吸引小物體，如回形針和訂書釘。

到12世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)他們可以使用洛德斯通來磁化鐵片，從而創(chuàng)造出指南針。沿著一個(gè)方向的鐵針反復(fù)摩擦線石，使針頭磁化。然后，它將在暫停時(shí)向南北方向?qū)R。最終，科學(xué)家威廉·吉爾伯特（William Gilbert）解釋說，磁化針的這種南北對(duì)齊是由于地球的行為就像一個(gè)巨大的磁鐵，有北極和南極。

指南針并不像今天使用的許多永磁體那樣堅(jiān)固。但是，磁化羅盤針和大塊釹合金的物理過程本質(zhì)上是相同的。它依賴于稱為磁疇的微觀區(qū)域，這些區(qū)域是鐵磁性材料（如鐵，鈷和鎳）物理結(jié)構(gòu)的一部分。每個(gè)域本質(zhì)上都是一個(gè)微小的，獨(dú)立的磁鐵，具有北極和南極。在非磁性鐵磁性材料中，每個(gè)域的北極指向一個(gè)隨機(jī)方向。朝向相反方向的磁疇相互抵消，因此材料不會(huì)產(chǎn)生凈磁場。

另一方面，在磁體中，大多數(shù)或所有磁疇都指向同一方向。微觀磁場不是相互抵消，而是結(jié)合在一起產(chǎn)生一個(gè)大磁場。指向同一方向的域越多，整個(gè)字段就越強(qiáng)。每個(gè)域的磁場從其北極延伸到其前方域的南極。

這就解釋了為什么將磁鐵分成兩半會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)具有北極和南極的較小磁鐵。這也解釋了為什么相反的磁極會(huì)吸引人——場線離開一個(gè)磁體的北極，自然地進(jìn)入另一個(gè)磁體的南極，基本上產(chǎn)生了一個(gè)更大的磁體。就像兩極一樣，它們相互排斥，因?yàn)樗鼈兊牧€向相反的方向移動(dòng)，相互沖突而不是一起移動(dòng)。

制作磁鐵：細(xì)節(jié)

當(dāng)今制造磁鐵的最常用方法涉及將金屬置于磁場中。克瑞斯托克/快門

要制造永磁體，您所要做的就是鼓勵(lì)一塊金屬中的磁域指向同一方向。這就是當(dāng)你用磁鐵摩擦針頭時(shí)發(fā)生的事情 - 暴露在磁場中會(huì)鼓勵(lì)域?qū)R。在一塊金屬中對(duì)齊磁疇的其他方法包括：

• 在南北方向上將其置于強(qiáng)磁場中
• 以南北方向握住它，并用錘子反復(fù)擊打它，在物理上使域變成弱對(duì)齊
• 使電流通過它

其中兩種方法是關(guān)于洛德斯通如何在自然界中形成的科學(xué)理論之一。一些科學(xué)家推測，磁鐵礦在被閃電擊中時(shí)會(huì)變成磁性。其他人則認(rèn)為，當(dāng)?shù)厍蚴状涡纬蓵r(shí)，磁鐵礦碎片就變成了磁鐵。這些域與地球磁場對(duì)齊，而氧化鐵是熔融和柔性的。

當(dāng)今制造磁鐵的最常用方法涉及將金屬置于磁場中。磁場對(duì)材料施加扭矩，鼓勵(lì)域?qū)R。在字段的應(yīng)用和域的變化之間存在輕微的延遲，稱為滯后;域名需要一些時(shí)間才能開始移動(dòng)。以下是發(fā)生的情況：

• 磁疇旋轉(zhuǎn)，允許它們沿著磁場的南北線排列。
• 已經(jīng)指向南北方向的域會(huì)隨著它們周圍的域變小而變大。
• 域墻或相鄰域之間的邊界會(huì)以物理方式移動(dòng)以適應(yīng)域增長。在強(qiáng)磁場中，一些墻壁完全消失。

由此產(chǎn)生的磁體的強(qiáng)度取決于用于移動(dòng)域的力的大小。它的持久性或保留性取決于鼓勵(lì)領(lǐng)域?qū)R的難度。難以磁化的材料通常保持其磁性更長的時(shí)間，而易于磁化的材料通常會(huì)恢復(fù)到其原始的非磁性狀態(tài)。

您可以通過將磁體暴露在相反方向?qū)R的磁場中來降低磁體的強(qiáng)度或完全消磁。您還可以通過將材料加熱到居里點(diǎn)以上或物體磁性變化的溫度來消磁。熱量使材料扭曲并激發(fā)磁性顆粒，導(dǎo)致域不對(duì)齊。

航運(yùn)磁鐵

大型、強(qiáng)大的磁鐵具有許多工業(yè)用途，從寫入數(shù)據(jù)到在電線中感應(yīng)電流。但是，運(yùn)輸和安裝巨大的磁鐵可能是困難和危險(xiǎn)的。磁鐵不僅會(huì)損壞運(yùn)輸中的其他物品，而且在到達(dá)時(shí)可能難以或無法安裝。此外，磁鐵傾向于收集一系列鐵磁碎片，這些碎片很難去除，甚至可能很危險(xiǎn)。因此，使用非常大的磁鐵的設(shè)施通常在現(xiàn)場有設(shè)備，使它們能夠?qū)㈣F磁性材料轉(zhuǎn)化為磁鐵。通常，該設(shè)備本質(zhì)上是一個(gè)電磁鐵。

為什么磁鐵會(huì)粘住

磁鐵被具有不成對(duì)電子的材料所吸引，這些電子以相同的方向旋轉(zhuǎn)?？扉T/新非洲

如果您已經(jīng)閱讀過電磁鐵的工作原理，您就會(huì)知道通過導(dǎo)線移動(dòng)的電流會(huì)產(chǎn)生磁場。移動(dòng)電荷也是永磁體磁場的原因。但磁鐵的磁場不是來自穿過導(dǎo)線的大電流，而是來自電子的運(yùn)動(dòng)。

許多人把電子想象成圍繞原子核運(yùn)行的微小粒子，就像行星繞太陽一樣。正如量子物理學(xué)家目前所解釋的那樣，電子的運(yùn)動(dòng)比這更復(fù)雜一些。從本質(zhì)上講，電子填充原子的殼狀軌道，在那里它們表現(xiàn)為粒子和波。電子具有電荷和質(zhì)量，以及物理學(xué)家描述為向上或向下旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。

通常，電子成對(duì)填充原子的軌道。如果一對(duì)電子中的一個(gè)向上旋轉(zhuǎn)，則另一個(gè)電子向下旋轉(zhuǎn)。一對(duì)電子中的兩個(gè)電子不可能朝同一方向旋轉(zhuǎn)。這是被稱為泡利不相容原理的量子力學(xué)原理的一部分。

盡管原子的電子不會(huì)移動(dòng)很遠(yuǎn)，但它們的運(yùn)動(dòng)足以產(chǎn)生微小的磁場。由于成對(duì)的電子以相反的方向旋轉(zhuǎn)，它們的磁場相互抵消。另一方面，鐵磁性元素的原子具有幾個(gè)具有相同自旋的不成對(duì)電子。例如，鐵有四個(gè)不成對(duì)的電子，具有相同的自旋。因?yàn)樗鼈儧]有相反的場來抵消它們的影響，所以這些電子有一個(gè)軌道磁矩。磁矩是一個(gè)向量——它有一個(gè)大小和一個(gè)方向。它與磁場強(qiáng)度和磁場施加的扭矩有關(guān)。整個(gè)磁體的磁矩來自其所有原子的力矩。

在像鐵這樣的金屬中，軌道磁矩鼓勵(lì)附近的原子沿著相同的南北場線排列。鐵和其他鐵磁性材料是結(jié)晶的。當(dāng)它們從熔融狀態(tài)冷卻時(shí)，具有平行軌道自旋的原子群在晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)排列。這形成了上一節(jié)中討論的磁疇。

您可能已經(jīng)注意到，制造優(yōu)質(zhì)磁鐵的材料與磁鐵吸引的材料相同。這是因?yàn)榇盆F吸引的材料具有不成對(duì)的電子，這些電子在同一方向上旋轉(zhuǎn)。換句話說，將金屬變成磁鐵的質(zhì)量也會(huì)將金屬吸引到磁鐵上。許多其他元素是反磁性的 - 它們不成對(duì)的原子產(chǎn)生一個(gè)弱排斥磁鐵的場。一些材料根本不會(huì)與磁鐵發(fā)生反應(yīng)。

這種解釋及其基礎(chǔ)量子物理學(xué)相當(dāng)復(fù)雜，沒有它們，磁吸引力的概念可能會(huì)令人費(fèi)解。因此，在歷史上的大部分時(shí)間里，人們一直懷疑磁性材料也就不足為奇了。