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一塊磁鐵掰開,為什麼會變為兩塊磁鐵,一直掰下去會怎麼樣?

磁鐵的磁極分為S極和N極,一塊磁鐵從中間掰開,會形成兩塊小的磁鐵,每塊小磁鐵都擁有S極和N極。

小時候特別愛玩磁鐵,拆錄音機,拆四驅車,就是為了裡面的一小塊永久磁鐵;一旦我們把磁鐵摔碎成兩塊,就會得到兩塊磁鐵,覺得特別神奇。

磁力的本質是電磁相互作用,可以用麥克斯韋方程組描述;物質由原子組成,原子中的核外電子做繞核運動,如果大量電子形成定向的繞核運動,根據麥克斯韋方程組就會形成磁場,既「運動電荷產生磁場」。

對於大多數物質,微觀電子的繞核運動是隨機的,於是凈磁矩為零,對外不顯現磁場;對於鐵磁性物質,比如鐵、鈷、鎳、釹合金等等,相鄰原子間會發生相互作用,然後形成幾微米到幾毫米的磁疇。

每個磁疇相當於一個小磁鐵,一旦施加外部磁場,這些小磁疇就像接收到命令一般,然後把磁極朝向一個方向,於是整塊鐵磁性物質就對外顯磁性,並被磁鐵吸住。

當外部磁場去掉後,部分磁疇無法恢復原樣,於是整塊物質對外還保留了微弱的磁性,也就是被磁化了;比如我們用永久磁鐵摩擦釘子,釘子就會被磁化,如果鐵磁性物質被磁化後,還能保留較高且較長時間的磁性,那麼就成了一塊永久磁鐵。

明白了磁鐵的微觀原理,我們再來看把磁鐵掰成兩塊後,並不會影響到微觀磁疇,每一小塊都有足夠多的磁疇,所以也就分別擁有S極和N極。

如果我們不斷分下去,到了磁疇的尺度也會存在磁力,只是強度弱了很多;直到分到原子尺度,只要核外電子的繞核運動是定向的,那麼每個原子也會存在磁矩。

只是在量子力學中,科學家從理論上預言了磁單極的存在,甚至好幾次在實驗室發現過磁單極的痕迹,不過發現過程無法重複,所以磁單極是否存在還有很大的爭議。

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