物理學中的磁現象——歷史、例子和有趣的事實
磁電
磁鐵的第一個實際應用是一塊漂浮在水或油中的塞子上的磁化鋼。在這種情況下，磁鐵的一端始終指向北，另一端始終指向南。這是水手們使用的第一個指南針。
就在很久以前，也就是我們這個時代之前的幾個世紀，人們就知道一種樹脂物質——琥珀，如果用羊毛摩擦，會在一段時間內獲得吸引輕物體的能力：紙片、線片、絨毛。這種現象稱為電（“電子”在希臘語中意為“琥珀”）。後來才注意到 摩擦帶電 不僅可以琥珀，還可以使用其他物質：玻璃、蠟棒等。
長期以來，人們沒有發現兩種不同尋常的自然現象——磁和電之間有任何联系。只有一個外部標誌似乎是常見的——吸引的特性：磁鐵吸引鐵，用羊毛紙屑摩擦的玻璃棒。誠然，磁鐵不斷作用，帶電物體在一段時間後失去其特性，但兩者都“吸引”。
但是現在，在 17 世紀末，人們注意到 閃電 - 一種電現象 - 撞擊靠近鋼製物體會使它們磁化。因此，例如，有一次，在閃電擊中木箱並將其打碎之後，放在木箱中的鋼刀被磁化了，這讓主人大吃一驚。
隨著時間的推移，觀察到越來越多的此類案例。然而，這仍然沒有理由認為電和磁之間存在很強的聯繫。這種聯繫僅在大約 180 年前建立。後來觀察到，只要在羅盤附近放一根電線，羅盤的磁針就會偏離，沿著這個方向 電流流過.
幾乎與此同時，科學家們發現了另一個同樣引人注目的現象。事實證明，電流流過的電線能夠將細小的鐵屑吸引到自身。然而，值得停止電線中的電流，因為鋸屑立即散開，電線失去磁性。
最後，電流的另一個性質被發現，最終證實了電與磁之間的聯繫。結果證明，一根鋼針放在線圈中間，電流從中流過（這種線圈稱為 螺線管) 就像用天然磁鐵摩擦一樣被磁化。
電磁鐵及其用途
從鋼針的經驗中誕生 電磁鐵......通過在線圈中間放置一根軟鐵棒而不是針，科學家們確信，當電流通過線圈時，鐵獲得磁鐵的特性，當電流停止時，它失去這種特性.同時，人們注意到螺線管中的導線匝數越多，電磁鐵越強。
在移動磁鐵的作用下，線圈中產生電流
起初，電磁鐵對許多人來說似乎只是一種有趣的物理設備。人們並不懷疑在不久的將來它會找到最廣泛的應用，作為許多設備和機器的基礎（見 - 電磁感應現象的實際應用).
電磁繼電器的工作原理
在確定電流賦予電線磁性後，科學家們提出了一個問題：電和磁之間是否存在反比關係？例如，放置在線圈內的強磁鐵會導致電流流過線圈嗎？
事實上，如果在靜止磁鐵的作用下，導線中出現電流，這就完全矛盾了 能量守恆定律……根據這個定律，為了獲得電流，必須消耗其他能轉化為電能的能量。當借助磁鐵產生電流時，磁鐵運動所消耗的能量會轉化為電能。
磁現象研究
早在十三世紀中葉，好奇的觀察者就注意到指南針的磁性指針相互影響：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。
這一事實幫助科學家解釋了指南針的作用。假設地球是一塊巨大的磁鐵，羅盤指針的末端頑固地轉向正確的方向，因為它們被地球的一個磁極排斥並被另一個磁極吸引。這個假設被證明是正確的。
在磁現象的研究中，附著在任何力的磁鐵上的小鐵屑都有很大的幫助。首先，我們注意到大多數木屑會粘在磁鐵上的兩個特定位置，或者說是磁鐵的兩極。事實證明，每個磁鐵總是至少有兩個磁極，其中一個被稱為北極（C），另一個被稱為南極（S）。
鐵屑顯示磁力線在磁鐵周圍空間的位置
在棒狀磁鐵中，它的磁極通常位於棒的末端。當觀察者假設將鐵屑撒在玻璃或紙上時，一幅特別生動的畫面出現在觀察者的眼前，玻璃或紙下面有一塊磁鐵。刨花在磁鐵的兩極中間隔很近。然後，它們以細線的形式——鐵粒子結合在一起——從一極延伸到另一極。
對磁現象的進一步研究表明，特殊的磁力作用於磁鐵周圍的空間，或者，正如他們所說， 磁場……磁力的方向和強度由位於磁鐵上方的鐵屑指示。
用木屑做的實驗教了很多東西。例如，一塊鐵接近磁鐵的磁極。如果同時稍微搖動舖有木屑的紙，木屑圖案就會開始變化。磁力線變得好像可見。它們從磁鐵的磁極傳到鐵片，並且隨著鐵接近磁極而變厚。同時，磁鐵將鐵片拉向自身的力也增加了。
電磁鐵鐵棒的哪一端是電流通過線圈時形成的北極，哪一端是南極？通過線圈中電流的方向很容易判斷。已知電流（負電荷流）從電源的負極流向正極。
知道了這一點再看看電磁鐵的線圈，就可以想像電流在電磁鐵的匝數中會流向哪個方向。在電磁鐵的一端，電流將沿順時針方向做圓周運動，形成一個北極，而在條帶的另一端，電流將沿逆時針方向運動，形成一個南極。如果改變電磁鐵線圈中電流的方向，它的磁極也會改變。
進一步觀察到，如果永磁體和電磁體不是直條的形式而是彎曲的，使得它們的相反的磁極靠近在一起，那麼它們的吸力會強得多。在這種情況下，不是一極相吸，而是兩極相吸，此外，磁力線在空間中的分散較少——它們集中在兩極之間。
當被吸引的鐵質物體粘附在兩極時，馬蹄形磁鐵幾乎停止將力線消散到空間中。使用紙上的相同木屑很容易看出這一點。以前從一極延伸到另一極的磁力線現在穿過被吸引的鐵質物體，就好像它們穿過鐵比穿過空氣更容易。
研究表明，情況確實如此。出現了一個新概念—— 磁導率，它表示一個值，表示磁力線穿過任何物質比穿過空氣容易多少倍。鐵及其某些合金具有最高的磁導率。這就解釋了為什麼在金屬中，鐵最容易被磁鐵吸引。
另一種金屬鎳被發現具有較低的磁導率。並且不易被磁鐵吸引。已發現某些其他物質的磁導率大於空氣，因此會被磁鐵吸引。
但是這些物質的磁性表現得非常微弱。因此，直到今天，電磁鐵以一種或另一種方式工作的所有電氣設備和機器都離不開鐵或含鐵的特殊合金。
自然地，幾乎從電氣工程的一開始就對鐵及其磁性的研究給予了很大的關注。的確，只有在俄羅斯科學家亞歷山大·格里戈里耶維奇·斯托列托夫 (Alexander Grigorievich Stoletov) 於 1872 年進行研究之後，才有可能在這一領域進行嚴格的科學計算。他發現每塊鐵的磁導率都不是恆定的。她在改變 對於這塊的磁化程度.
斯托列托夫提出的鐵的磁性測試方法具有很大的價值，為我們這個時代的科學家和工程師所採用。只有在物質結構理論發展之後，才有可能對磁現象的本質進行更深入的研究。
現代對磁學的理解
我們現在知道每一種化學元素 是由原子組成的 - 異常小的複雜粒子。原子的中心是一個帶正電的原子核。電子，帶負電荷的粒子，圍繞著它旋轉。不同化學元素的原子的電子數是不一樣的。例如，氫原子只有一個電子繞其原子核運行，而鈾原子有九十二個。
通過仔細觀察各種電現象，科學家們得出結論：導線中的電流無非就是電子的運動。現在請記住，磁場總是圍繞著電流流動的導線產生，也就是說，電子在移動。
由此可見，磁場總是出現在電子運動的地方，換句話說，磁場的存在是電子運動的結果。
問題來了：在任何物質中，電子都在不斷地圍繞著它們的原子核旋轉，為什麼在這種情況下，每種物質都不會在自身周圍形成磁場呢？
現代科學對此給出瞭如下回答。每個電子不僅僅是一個電荷。它還具有磁鐵的特性，它是一種小型元素磁鐵。因此，電子圍繞原子核移動時產生的磁場被添加到自身的磁場中。
在這種情況下，大多數折疊的原子的磁場被完全破壞、吸收。只有少數原子——鐵、鎳、鈷，其他原子的磁場要小得多——結果證明磁場是不平衡的，原子是小磁鐵。這些物質被稱為 鐵磁 （“Ferrum”是指鐵）。
如果鐵磁物質的原子是隨機排列的，那麼不同原子指向不同方向的磁場最終會相互抵消。但是如果你旋轉它們使磁場疊加——這就是我們在磁化中所做的——磁場將不再相互抵消，而是相互疊加。
整個身體（一塊鐵）會在自身周圍產生磁場，它會變成一塊磁鐵。類似地，當電子沿一個方向移動時，例如電線中的電流會發生這種情況，單個電子的磁場會增加總磁場。
反過來，被困在外部磁場中的電子總是暴露在後者中。這允許使用磁場來控制電子的運動。
以上所有隻是一個近似且非常簡化的方案。實際上，發生在電線和磁性材料中的原子現象更為複雜。
磁鐵和磁性現象的科學——磁學——對現代電氣工程非常重要。磁學家尼古拉·謝爾蓋耶維奇·阿庫洛夫對這門科學的發展做出了巨大貢獻，他發現了一個舉世聞名的重要定律“阿庫洛夫定律”。該定律可以預先確定金屬的重要特性（如導電性、導熱性等）在磁化過程中如何變化。
幾代科學家致力於揭開磁現象的神秘面紗，並利用這些現象為人類服務。今天，數以百萬計的最多樣化的磁鐵和電磁體在各種電機和設備中為人類造福。他們將人們從繁重的體力勞動中解放出來，有時是不可或缺的僕人。
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