物理学中的磁现象——历史、例子和有趣的事实
磁电
磁铁的第一个实际应用是将一块磁化钢漂浮在水或油中的塞子上。在这种情况下，磁铁的一端始终指向北，另一端始终指向南。这是水手们使用的第一个指南针。
就在很久以前，也就是我们这个时代之前的几个世纪，人们就知道一种树脂物质——琥珀，如果用羊毛摩擦，会在一段时间内获得吸引轻物体的能力：纸片、线片、绒毛。这种现象称为电（“电子”在希腊语中意为“琥珀”）。后来才注意到 摩擦带电 不仅可以琥珀，还可以使用其他物质：玻璃、蜡棒等。
长期以来，人们并没有发现两种不同寻常的自然现象——磁和电之间有什么联系。只有一个外部标志似乎是常见的——吸引的特性：磁铁吸引铁，用羊毛纸屑摩擦的玻璃棒。诚然，磁铁不断作用，带电物体在一段时间后失去其特性，但两者都“吸引”。
但是现在，在 17 世纪末，人们注意到 闪电 - 一种电现象 - 撞击靠近钢制物体会使它们磁化。因此，例如，有一次，在闪电击中木箱并将其打碎之后，放在木箱中的钢刀被磁化了，这让主人大吃一惊。
随着时间的推移，观察到越来越多的此类案例。然而，这仍然没有理由认为电和磁之间存在很强的联系。这种联系仅在大约 180 年前建立。后来观察到，只要在罗盘附近放一根电线，罗盘的磁针就会偏离，沿着这个方向 电流流过.
几乎与此同时，科学家们发现了另一个同样引人注目的现象。事实证明，电流流过的电线能够将细小的铁屑吸引到自身。然而，值得停止电线中的电流，因为锯屑立即散开，电线失去磁性。
最后，电流的另一个性质被发现，最终证实了电与磁之间的联系。原来，一根钢针放在线圈中间，电流从中流过（这种线圈称为 螺线管) 就像用天然磁铁摩擦一样被磁化。
电磁铁及其用途
从钢针的经验中诞生 电磁铁......通过在线圈中间放置软铁棒而不是针，科学家们确信，当电流通过线圈时，铁获得磁铁的特性，当电流停止时，它失去这种特性.同时，人们注意到螺线管中的导线匝数越多，电磁铁越强。
在移动磁铁的作用下，线圈中产生电流
起初，电磁铁对许多人来说似乎只是一种有趣的物理设备。人们并不怀疑在不久的将来它会找到最广泛的应用，作为许多设备和机器的基础（见 - 电磁感应现象的实际应用).
电磁继电器的工作原理
在确定电流赋予电线磁性后，科学家们提出了一个问题：电和磁之间是否存在反比关系？例如，放置在线圈内的强磁铁会导致电流流过线圈吗？
事实上，如果在静止磁铁的作用下，导线中出现电流，这就完全矛盾了 能量守恒定律……根据这个定律，为了获得电流，必须消耗其他能转化为电能的能量。当借助磁铁产生电流时，磁铁运动所消耗的能量会转化为电能。
磁现象研究
早在十三世纪中叶，好奇的观察者就注意到指南针的磁性指针相互影响：指向相同方向的末端相互排斥，而指向不同方向的末端相互吸引。
这一事实帮助科学家解释了指南针的作用。假设地球是一块巨大的磁铁，罗盘指针的末端顽固地转向正确的方向，因为它们被地球的一个磁极排斥并被另一个磁极吸引。这个假设被证明是正确的。
在磁现象的研究中，附着在任何力的磁铁上的小铁屑都有很大的帮助。首先，我们注意到大多数木屑会粘在磁铁上的两个特定位置，或者说是磁铁的两极。事实证明，每个磁铁总是至少有两个磁极，其中一个被称为北极（C），另一个被称为南极（S）。
铁屑显示磁力线在磁铁周围空间的位置
在棒状磁铁中，它的磁极通常位于棒的末端。当观察者假设将铁屑撒在玻璃或纸上时，一幅特别生动的画面出现在观察者的眼前，玻璃或纸下面有一块磁铁。刨花在磁铁的两极中间隔很近。然后，它们以细线的形式——铁粒子结合在一起——从一极延伸到另一极。
对磁现象的进一步研究表明，特殊的磁力作用于磁铁周围的空间，或者，正如他们所说， 磁场……磁力的方向和强度由位于磁铁上方的铁屑指示。
用木屑做的实验教了很多东西。例如，一块铁接近磁铁的磁极。如果同时稍微摇动铺有木屑的纸，木屑图案就会开始变化。磁力线变得好像可见。它们从磁铁的磁极传到铁片，并且随着铁接近磁极而变厚。同时，磁铁将铁片拉向自身的力也增加了。
电磁铁铁棒的哪一端是电流通过线圈时形成的北极，哪一端是南极？通过线圈中电流的方向很容易判断。已知电流（负电荷流）从电源的负极流向正极。
知道了这一点再看看电磁铁的线圈，就可以想象电流在电磁铁的匝数中会流向哪个方向。在电磁铁的一端，电流将沿顺时针方向做圆周运动，形成一个北极，而在条带的另一端，电流将沿逆时针方向运动，形成一个南极。如果改变电磁铁线圈中电流的方向，它的磁极也会改变。
进一步观察到，如果永磁体和电磁体不是直条的形式而是弯曲的，使得它们的相反的磁极靠近在一起，那么它们的吸力会强得多。在这种情况下，不是一极相吸，而是两极相吸，此外，磁力线在空间中的分散较少——它们集中在两极之间。
当被吸引的铁质物体粘附在两极时，马蹄形磁铁几乎停止将力线消散到空间中。使用纸上的相同木屑很容易看出这一点。以前从一极延伸到另一极的磁力线现在穿过被吸引的铁质物体，就好像它们穿过铁比穿过空气更容易。
研究表明，情况确实如此。出现了一个新概念—— 磁导率，它表示一个值，表示磁力线穿过任何物质比穿过空气容易多少倍。铁及其某些合金具有最高的磁导率。这就解释了为什么在金属中，铁最容易被磁铁吸引。
另一种金属镍被发现具有较低的磁导率。并且不易被磁铁吸引。已发现某些其他物质的磁导率大于空气，因此会被磁铁吸引。
但是这些物质的磁性表现得非常微弱。因此，直到今天，电磁铁以一种或另一种方式工作的所有电气设备和机器都离不开铁或含铁的特殊合金。
自然地，几乎从电气工程的一开始就对铁及其磁性的研究给予了很大的关注。的确，只有在俄罗斯科学家亚历山大·格里戈里耶维奇·斯托列托夫 (Alexander Grigorievich Stoletov) 于 1872 年进行研究之后，才有可能在这一领域进行严格的科学计算。他发现每块铁的磁导率都不是恒定的。她在改变 对于这块的磁化程度.
斯托列托夫提出的铁的磁性测试方法具有很大的价值，为我们这个时代的科学家和工程师所采用。只有在物质结构理论发展之后，才有可能对磁现象的本质进行更深入的研究。
现代对磁学的理解
我们现在知道每一种化学元素 是由原子组成的 - 异常小的复杂粒子。原子的中心是一个带正电的原子核。电子，带负电荷的粒子，围绕着它旋转。不同化学元素的原子的电子数是不一样的。例如，氢原子只有一个电子绕其原子核运行，而铀原子有九十二个。
通过仔细观察各种电现象，科学家们得出结论，导线中的电流无非就是电子的运动。现在请记住，磁场总是围绕着电流流动的导线产生，也就是说，电子在移动。
由此可见，磁场总是出现在电子运动的地方，换句话说，磁场的存在是电子运动的结果。
问题来了：在任何物质中，电子都在不断地围绕着它们的原子核旋转，为什么在这种情况下，每种物质都不会在自身周围形成磁场呢？
现代科学对此给出了如下回答。每个电子不仅仅是一个电荷。它还具有磁铁的特性，它是一种小型元素磁铁。因此，电子围绕原子核移动时产生的磁场被添加到自身的磁场中。
在这种情况下，大多数折叠的原子的磁场被完全破坏、吸收。只有少数原子——铁、镍、钴，其他原子的磁场要小得多——结果证明磁场是不平衡的，原子是小磁铁。这些物质被称为 铁磁 （“Ferrum”是指铁）。
如果铁磁物质的原子是随机排列的，那么不同原子指向不同方向的磁场最终会相互抵消。但是如果你旋转它们使磁场叠加——这就是我们在磁化中所做的——磁场将不再相互抵消，而是相互叠加。
整个身体（一块铁）会在自身周围产生磁场，它会变成一块磁铁。类似地，当电子沿一个方向移动时，例如电线中的电流会发生这种情况，单个电子的磁场会增加总磁场。
反过来，被困在外部磁场中的电子总是暴露在后者中。这允许使用磁场来控制电子的运动。
以上所有只是一个近似且非常简化的方案。实际上，发生在电线和磁性材料中的原子现象更为复杂。
磁铁和磁性现象的科学——磁学——对现代电气工程非常重要。磁学家尼古拉·谢尔盖耶维奇·阿库洛夫对这门科学的发展做出了巨大贡献，他发现了一个举世闻名的重要定律“阿库洛夫定律”。该定律可以预先确定金属的重要特性（如导电性、导热性等）在磁化过程中如何变化。
几代科学家致力于揭开磁现象的神秘面纱，并利用这些现象为人类服务。今天，数以百万计的最多样化的磁铁和电磁体在各种电机和设备中为人类造福。他们将人们从繁重的体力劳动中解放出来，有时是不可或缺的仆人。
查看其他关于磁铁及其应用的有趣且有用的文章：