揭开电磁学的神秘面纱，第3部分-磁铁
在第1部分而且第2部分我们探索了电场，这是一种由电荷产生的力场，只作用于电荷。磁场在某些方面是相似的，事实上，随着本系列博客的继续，我们将看到电场和磁场是同一枚硬币的两面(它被称为“电磁学”是有原因的)。如何最好地揭开磁铁和磁场的神秘面纱?让我们提出一些基本的问题……
什么产生磁场?
答:移动电荷
其实就是这么简单。一个孤立的电荷(假设它是一个质子)总是会产生电场。一旦它开始运动，它也会产生磁场。电场从质子向外“流动”，而磁场则围绕移动的质子“流动”:
离移动的质子越远，磁场就越弱，但磁场一直在循环，它一直在循环，没有起点也没有终点。
磁场有什么作用?
答:它对移动的电荷施加一个力
与电场对电荷施加力类似，磁场也会对电荷施加力，但只有在电荷运动时才会施加力。有人可能会假设力的方向就是蓝色箭头所表示的磁场方向。毕竟，这就是电场力的工作原理，对吧?不完全是，力的方向与磁场方向和质子运动方向成90度。
考虑一个孤独的质子，我们叫他彼得，只是闲逛，想着自己的事情，突然他走进了一个磁场:
彼得将被迫向下。由于他现在改变了方向，他会被迫侧身，然后向上，右边等等。事实上，他最终会绕一个圈。
施加力的方向，给定电荷移动的方向和磁场的方向，可以用右手定则求出来。一个人的拇指是点积(力)的结果，食指和中指指向速度矢量和磁场矢量的方向。值得注意的是，右手定则会给出一个+ 5个电荷所受到的力的方向。如果它是一个孤独的电子，带-ve电荷，力的方向就会相反。
关于彼得的一个评论，当然他创造了自己的磁场，因为他在移动，但在上面的例子中，“来自其他地方”的外部磁场太大了，以至于我们可以忽略彼得的微弱磁场。
尽管看起来很奇怪，施加的力与飞行方向呈90度角，但一个有用的类比可能是机翼在流体中飞行时所受到的升力。
原力有多大?
答案:这取决于电荷的量和移动的速度
电荷在电场作用下受到的力= Eq，其中E为电场强度(N/C)， q为电荷(C)。电荷在磁场作用下受到的力= q(v X B)，其中v为电荷的速度矢量(m/s)， B为磁通密度矢量(Tesla) X是这两个向量的叉乘。如果速度和磁通量彼此呈90度，则所施加的力最大。
洛伦兹力
结合这些，电荷由于电场和磁场而受到的总力被称为洛伦兹力:
F = q(E+(v X B))
如果v是零，只有电场的作用。一般来说，电荷q越大，施加在它上的力就越大。
回到我们的类比表，有趣的是，这是电场强度E这对洛伦兹力有贡献，这是磁通量密度B它提供了磁场对整体力的贡献而不是磁场强度H．我觉得这很有趣。
满足Petronella
孤独的彼得和他的质子朋友彼得罗内拉一起散步。他们的磁场相互作用，但彼得和彼得罗内拉是相互吸引还是相互排斥?这取决于它们各自朝哪个方向走。如果他们走的是同一个方向呢?
Peter的磁场扫过Petronella，反之亦然。圈出的十字符号表示场正在远离你(就像看到一支箭飞离你一样)。
使用右手定则，我们可以确定Peter对Petronella施加的力的方向，反之亦然:
它们相互吸引，力箭头指向彼此。如你所料，他们走在同一个方向，他们一定喜欢对方
如果它们向相反的方向运动，力箭头指向彼此，它们就会相互排斥。
然而……
Peter和Petronella不仅因为它们的运动而产生磁场，还因为它们具有净+ve电荷而产生电场，并且类似电荷相互排斥:
电场产生的排斥力只是电荷的函数。磁场产生的吸引力是由电荷和速度决定的。只有当速度的大小是光速时，这两种力才能平衡，质子(束)保持平行。
导线是中性的
假设一根铜线就在那里，没有电流流过。它是电荷中性的，因为电子的数量与质子的数量相平衡。它没有净电荷。但它确实有“自由”电子。将电线连接到电池上，这些自由电子就会开始流动第2部分．
即使当这些电子流动时，导线仍然带中性电荷，仍然没有多余(或不足)的电子。每一个电子从它的电池端离开导线，就会有另一个电子从另一端连接。
所以，由于电荷的运动产生了磁场，但因为没有净电荷，也就没有电场。
从梁到导线
不要让彼得像光束一样在太空中漫游，让我们把他束缚在一根导电电线中。让我们也把电线圈起来，这样彼得就会作为电流的一部分，一圈又一圈地转，我。最好把彼得看作是数十亿个电子空穴中的一个，而不是一个移动的质子，因为这些电子空穴沿着电流的方向“移动”，质子仍然被束缚在原子核上。
正如我们在Peter和Petronella身上看到的，两根导线都有电流以相同的方向流过，由于洛伦兹力的磁性成分，即使它们是环形的，也会相互吸引:
螺旋状的金属丝类似于大量堆叠在一起的金属丝圈，极大地增加了由此产生的联合磁场的强度。叠加又开始了。
引力就是作用在所有电荷上的力，而这些电荷，被限制在固体导体内，“拖”着导体一起。
由单个环路或螺旋产生的磁场看起来与永磁体产生的磁场惊人地相似。但是磁铁里面没有电流，对吧?
什么是永磁体?
答:这有点像一个传导回路
这不是一个很好的答案，抱歉。让我们稍后再回到这个问题，看看这个答案(尽管很模糊)是否更有意义。
原子会产生净磁场吗?
答:有些是这样
原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成(这是原子核概念的一种方式)。正如我们所看到的产生磁场的导线环一样，原子电子也是如此:
请注意，右手定则是为+ve电荷的流动制定的，这是电流流动方向的符号。当我们现在讨论的是一个自旋电子，一个-ve电荷时，右手定则反过来了，因此电子自旋方向(左)和弯曲手指中电流流动方向(右)之间存在矛盾。
对于大多数元素来说，这些电子是成对的，每个电子都朝着不同的方向旋转，从而抵消了净磁场:
有些元素有一个未配对的外层电子，常见的是铁，镍和钴，所谓的铁磁性材料。因此，每个原子都有自己的微型磁场。当原子随机定向时，这些场又会相互抵消:
如果所有原子都排成一列，它们各自的磁场就会结合在一起，叠加形成一个强大的净磁场。然后材料就有磁性了:
永磁体是如何制成的?
答案:用锤子砸他们
我不是在开玩笑，这部分是正确的。当磁性材料被置于磁场中时，它本身就会磁化。这种外部磁场使所有原子对齐，导致材料本身被磁化，要么永久磁化，要么直到材料从磁场中移除。在磁场中用锤子敲打它，甚至在另一块磁铁的表面上抚摸它，原子就会排列起来，形成磁铁。
什么是永磁体?
答:这有点像一个传导回路
让我们再试一次。想象一下，我们可以看到条形磁铁中所有排列整齐的原子，看着南极，这样磁场就会远离我们，进入页面。我简化了事情，只是为了展示未配对的外层电子自旋:
材料内部远离外围的电子，由于它们的自旋方向是相反的，在净电荷流方面相互抵消。剩下的是围绕材料外围的有效电流流动，这类似于导电线圈。这就是为什么从永磁体产生的磁场与等效导线回路产生的磁场可以说是相同的。
磁铁为什么相互吸引或排斥?
考虑到磁铁实际上是一个导电线圈，我们已经看到，由于洛伦兹力，线圈可以相互吸引或排斥，这个问题已经得到了答案!每个磁体或磁性材料中所含的电荷，都被强迫在一起或分开。由于电荷无法逃离物质，整个固体反而被拖着前进。
Anecjoke
这次是一则趣闻。船舶往往有大量的黑色材料，无论是船体本身或发动机，铆钉等。这些部件本身可能在建造过程中被磁化，也可能在船舶沿单一方向航行一段时间后被地球磁场磁化。
尽管卫星GPS导航技术取得了进步，但法律仍然要求船舶安装磁罗盘。指南针会与它所处的任何磁场对齐。虽然指南针的目的是与地球磁场对齐，但它会受到飞船自身磁场的影响。
为了弥补船舶磁场的局部影响，指南针所在的罗盘盒装有软铁组件，其大小和位置可以校准，以抵消船舶的磁场，使指南针给出真实的磁北指示。这些组件可能包括奇妙的“开尔文球”和“弗林德斯酒吧”。
