磁铁为什么同极相斥和异极相吸呢？答案和书本上的不完全一样

文/袁玉刚 图/来自互联网

我们都玩过磁铁。每一块磁铁都有N、S极，并且同极相斥和异极相吸。磁铁特殊的性能曾经引起众人很大的好奇心。

图1 条形磁铁

磁铁为什么同极相斥和异极相吸呢？根据我们学过的知识，答案应该是，因为磁力线从N极流出，流入S极。同极磁力线互相排斥，所以同极相斥。

图2 磁力线

一九世纪初，法国物理学家安德烈·玛丽·安培提出分子电流假说，认为：在原子、分子等物质微粒内部存在着一种环形电流--分子电流，使每个微粒成为微小的磁体，分子的两极相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，产生的磁场会互相抵消，对外不显磁性；但当有外界磁场作用后，分子电流取向就会大致相同，显示出宏观磁性来。这就从微观上进一步解释了磁铁为什么同极相斥和异极相吸的问题。

图3 安培分子电流假说

安培的分子电流假说已经较好地解释了磁铁同极相斥和异极相吸的性能。如果相邻的两个分子或原子的电子公转方向相同，相互靠近时，就会相撞，所以同极相斥；如果公转方向相反，相互靠近时，就会同流。

二〇世纪初，磁畴理论问世，认为在铁磁体材料的一些小区域内，在自发磁化的过程中，大量原子磁矩都均匀地同向平行排列，好似一个永久磁铁即磁畴。

在物质中，有的原子旋涡偏转相对容易一些，偏转程度相对大一些；有的原子旋涡偏转就困难一些，偏转程度相对小一些。这就是铁磁性、顺磁性和抗磁性物质的起因。

磁铁为什么同极相斥和异极相吸的问题看起来已经彻底解决了。

但是，仔细想一想，总觉得哪里不对劲。教科书上一直在说，电能生磁（感应磁场），磁也能生电（感应电流）。究竟谁生谁？一直没有答案。麦克斯韦统一了电磁场，也是说电场可以转化为磁场，磁场也可以转化为电场。

其实，原子就是一个个小旋涡。极轴是磁场力的势力范围，磁力推动电荷向两极运动，然后落向赤道；赤道是电场力的势力范围，电力推动电荷绕极轴旋转。在原子范围内，既有磁场，又有电场，不存在谁转化成谁的问题。在原子之外的电磁场中，磁场和电场也同时存在。

两个同极同旋向的旋涡靠近时，那个力量小的旋涡就会被冲散。而两个不同极不同旋向的旋涡靠近时，就不会出现这种现象。用两个齿轮做个实验就能说明磁铁同极相斥和异极相吸的问题。如果两个同向旋转的齿轮互相靠近，肯定是撞得稀里哗啦；而两个反向旋转的齿轮互相靠近，就会啮合得很好。

图4 同向旋转的旋涡