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磁力线和磁场的本质是什么?

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磁力线是科学家发明的一种描述磁场分布的方法

磁力线又叫做磁感线。磁力线并不是真实存在的,而是人为想象出来的一种可以形象描述磁体周围磁场分布的一种方法,该方法最早是由法拉第提出来的。

如下图所示,将U形磁铁放入铁屑当中,就可以形象的看见磁场的分布,磁感线的灵感就来源于此。



通过磁感线可以清晰的了解磁体周围磁场强弱分布情况。磁铁存在两个磁极,即N极与S极,磁极周围的磁感线最密集,离磁极越远,磁感线就越稀疏。磁感线密集的地方磁力较强,磁感线稀疏的地方磁力较弱,通过磁感线的疏密变化,就可以清晰的了解磁场周围的磁力分布情况。

磁感线是闭合的曲线,彼此之间互不相交,分布于无穷远点(因为电磁力是长程力,作用于无穷远点),越远越稀疏。我们规定:磁力线总是N极出发、S极到达,磁体内部的磁力线则从S极到N极。



如上图所示,真实的磁场分布是三维连续的,而我们描述的只是一个简单的离散的二维状态下的磁力分布。

除了磁力线,类似的还有电力线,电力线是用来描述电场分布情况的。

那么什么是磁场?

磁场源于电荷的运动。许多微观粒子都带有电荷,比如质子带正单位电荷(元电荷),电子带负单位电荷,夸克带有分子电荷。

凡是带有电荷的粒子周围都存在电场,当粒子运动时便产生了磁场,比如所有带电粒子都存在自旋(类似于自转)。总之磁场和电场是相伴相生的,因为粒子不可能保持绝对静止。

磁场和电场很相似。磁体之间,同极相斥,异极相吸;电荷有正电荷与负电荷之分,电荷之间同性相斥,异性相吸。


自然界中只有少数几类物质具有天然的磁性,比如铁钴镍等,这与它们的结构有关,特别是原子的结构。磁铁的磁性来源于原子,而原子的磁性则主要来源于电子。电子主要有两种运动方式,一种是自旋,还有一种是统原子核运动。通常情况下,物体内部的原子的磁场方向是杂乱分布的,彼此之间相互抵消,对外便不显磁性。


磁场之间可以相互叠加。金属导线在通电之后,也会形成磁场,这儿的磁场就是由导体中的自由电荷在电场的作用下定向移动形成的。微观电子的磁场通过叠加之后便成了宏观世界中的磁场。利用这种原理可以制作软磁体,也就是我们常说的电磁铁,当通电之后,便会产生磁性,断电之后磁性便会消失。利用这种原理可以制作软磁体,也就是我们常说的电磁铁,当通电之后,便会产生磁性,断电之后磁性便会消失。

磁铁是永磁体,这主要源于它特殊的结构,即使不带磁性的铁也可以在强磁场的作用下被磁化。不过需要注意的是,永磁体只有在一定温度下才能保持磁性。

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