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1、电磁铁问题电磁铁磁性的秘密一.磁场力属于电磁相互作用，是四大基本作用之一：电磁相互作用、引力相互 作用、弱相互作用、强相互作用。这是没有理由的，它就是实实在在的存在，就I象太阳、地球一样。当电荷在磁铁产生的磁场中运动时，就会受磁场力（磁力）I的作用，导线通电后就会受磁场力（电动机原理），磁铁可等效为通电线圈，所L 以，磁铁也会受别的磁铁产生的磁场的作用力。2.从本质上说，物质的磁性是原子内部的电子围绕原子核旋转而产生的磁场，可以设想每个电子的运动就是一个单匝线圈中通入电流而产生的磁场，但大多数元素的原子中电子运动产生的磁场都相互抵消了， 所以没有磁性，只有铁钻镍三 个元素的原子中，电子运动产生
2、的磁场没有抵消， 所以才具有磁性。磁场的两个 极是同时存在的，不可能有一个磁极单独存在。磁铁实际是由很多个微小的磁极 组成的。所谓的软磁材料，是在有外加磁场时，小磁极可以排列一致，而没有 外加磁场时，小磁极在热运动下就变成紊乱排列了， 对外就不显示磁性了。而对 于永磁磁铁来说，经过充磁后，每个小磁极大体都有一个相同的排列方向 （即充 磁方向），所以组合成一个大的磁铁。当外加磁场去掉后，这些小磁极仍能排列 一致，对外就显示出磁性。磁铁能吸铁的原因，是铁本身是软磁材料，当靠近永 磁铁时，铁受到永磁铁产生的磁场作用，被磁化而自身产生一个与永磁铁相反的 磁场，根据异性相吸的原理，所以铁就被永磁体吸住了
3、。地球产生的磁场，是因 为地球内部是液态岩浆，它们随地球自转时要发生旋转流动，由于这些岩浆中含 有带电的物质，形成了一个大的电子环流，因此形成了地球磁场。所谓的南极和 北极，实际上是地球自转的中心轴的两个端点。（本质）3. 一个磁铁为什么会有磁性？我们的回答是：物 质的磁性起源于原子中电子的运动，电子的运动 会产生一个电磁以太的涡旋磁铁同向相斥，异 极相吸是因为异级之间的以太流叠加， 以太流速 度变大，造成异极相互吸引。同向之间由于以太 流方向相同，以太流相互碰撞，速率减小，所以 同极相互排斥。类似于伯努利原理。丹麦科学家 奥斯特就发现了电流的磁效应，为了解释永磁和 磁化现象，安培提出了分子电
4、流假说.安培认为, 任何物质的分子中都存在着环形电流，称为分子 电流,而分子电流相当一个基元磁体.当物质在 宏观上不存在磁性时，这些分子电流做的取向是 无规则的，它们对外界所产生的磁效应互相抵消 故使整个物体不显磁性.在外磁场作用下，等效 于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场 方向取向，而使物体显示磁性。磁现象和电现象 有本质的联系.物质的磁性和电子的运动结构有 着密切的关系.乌伦贝克与哥德斯密特最先提出 的电子自旋概念，是把电子看成一个带电的小球 他们认为，与地球绕太阳的运动相似，电子一方 面绕原子核运转，相应有轨道角动量和轨道与轨 道角动量成正比，虽然后来否定了这个电子是小 球这个说法
5、。在这里要特别强调指出的是：电子 自旋磁矩又与自旋角动量成正比.磁矩与角动量 成正比不是偶然的，因为电子的角动量越大 ，它 所带动的电磁以太涡旋的角动量也越大，磁矩当 然也就越大了.这也就从另一个侧面印证了磁是 以太的涡旋.麦克斯韦在论物理的力线中，充分的运用了 前人"以太涡旋”的思想，他认为，两个电荷之 间的作用力是由于媒质所呈现的张力或运动所 造成的，而这种张力或运动是由于无数“分子涡 旋运动”的结果。他由此构建了一个场的力学模 型：在以太媒质中，以力线为轴，形成无数绕轴 旋转的以太管，这些以太管是电子的自旋形成 的，因此电子也存在一个自旋磁矩， 电子在绕原 子核公转的时候也会带
6、动空间的以太流形成公 转磁矩，电子自旋磁力线，就像许多以力线为轴 而转动着的“圆筒”，“圆筒”转动的速度代表力 强，转动轴的方向代表力的方向，用这一模型也 很形象地揭示出电场变化与磁场变化之间和关 系，在一个有规则的磁场中，许许多多这样的圆 筒都以相同的方向旋转。但两个圆筒既要接触， 又要以相同的方向旋转，在力学上是不允许的。于是，麦克斯韦设想，在这些圆筒之间必须加进 许许多多向轴承、滚珠般的小球体-以太粒子， 他们的转动方向和他们所接触的每一个圆筒的 转动方向相反，各个以太管就可以同向旋转了。 麦克斯韦设想这些以太粒子代表点的支点，他们 的运动则产生电流。麦克斯韦在研读了法拉第的 著作之后，
7、立即认识到力线和场概念的重要性， 他意识到，法拉第的模型正是建立新物理理论的 重要基础1855-1856年，论法拉第的力线 中，为了对法拉第的观念作精密的数学处理，麦 克斯韦以不可以压缩的流体稳定流动中的涡流 线来对电场和磁场中的力线进行类比， 因为流体 场中的运动和能量都完全由这些涡流线的位置 和强度决定， 他考虑了一块中间嵌有一个流 体源的各向同性的无限大的均匀介质， 得出了了 介质中某一点的流体压力正比于单位时间通过 包围流体元的人已封闭曲面的总流量的结论。基 于以上考虑，并借鉴汤姆逊的研究 B=y H,麦克 斯韦认为如果电场强度E、磁场强度H就是矢量 场中的“力”，磁感应强度B、电流密
8、度j、D表 示相应场中的通量，场中“力”可以用它们的“通 量”的线性关系表示出来。E=kD H=B/、E=p j麦克斯韦对电磁场描述【一种弥漫的物质，密度 很小但的确有，能运动，能以很大而有限的速度 把运动从一部分传递到另一部分】。对此申先甲 等人编著的物理学史简编的评述是：麦克斯 韦仍然假设真空中有以太煤质存在，这使他仍然 引入了真空位移电流概念，从而建立完整的电磁 场理论。麦克斯韦电磁场理论的核心思想是：变化的磁场 可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁 场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、 相互激发组成一个统一的电磁场。麦克斯韦进一 步将电场和磁场的所有规律综合起来， 建立了
9、完 整的电磁场理论体系。? E= p / e 0描述了电场的性质。在一般情况下, 电场可以是库仑电场也可以是变化磁场激发的感应 电场，而感应电场是涡旋场。？ B=0,描述了磁 场的性质。磁场可以由传导电流激发，也可以由变 化电场的位移电流所激发，它们的磁场都是涡旋 场。 运动电荷在磁场中所受的力即磁场对运动电 荷的作用力，洛伦兹力的公式为F=qvB电子所受的 洛伦兹力从本质上讲是电子受到圆筒形磁力线的作用设有两根平行的长直导线，分别通有电流11和12 , 它们之间的距离为d,且直径远小于d。电流I1所 产生的磁场为B1=0I1/2 nd,载有电流I2的导线 单位长度线段所受的安倍力为F2=B1l1=i 0I1I2/2 n d.同理，载流导线单位长度受线段电流I2的力 F1和01112/2 n d。同向导线的力为什么使两根导线 相互吸引，在这里的解释是，导线内部电子的定向 运动带动周围空间以太流的流动形成磁场，同向导 线之间的以太流叠加，导致两导线相互吸引。同理, 反响的导线相互排斥，是因为导线之间的以太流相 互碰撞，速率减小，导致两反响导线相互排斥。安 倍的右手螺旋定则是电流带动以太流的外在表现。