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磁场源是偶极的,这意味着它们有一个北极和一个南极 。圣何塞州立大学的约瑟夫·贝克尔(Joseph Becker)表示,相反的两极(N和S)相互吸引,相似的两极(N和N,或S和S)相互排斥 。当磁场的方向从北极向外传播并通过南极进入时,就会形成一个环形或甜甜圈状的磁场 。
地球本身就是一块巨大的磁铁 。美国国家航空航天局表示,这颗行星的磁场来自于熔化的金属内核中的循环电流 。指南针之所以指向北方,是因为指南针上的小磁针是悬浮在空中的,这样指南针就可以在外壳内自由旋转,使自己与地球磁场保持一致 。矛盾的是 , 我们所说的磁北极实际上是一个南磁极,因为它吸引指南针的北磁极 。
如果未配对的电子在没有外部磁场或电流的作用下继续排列,就会产生一个永磁体 。永磁体是铁磁性的产物 。前缀“ferro”指的是铁,因为永磁性最初是在一种被称为磁铁矿的天然铁矿石中发现的,即Fe3O4 。人们可以在地球表面或地表附近发现散落的磁铁矿碎片,偶尔会有一块被磁化 。这些天然形成的磁体被称为磁石 。虽然科学家们不知道磁石是如何形成的,但亚利桑那大学表示,“大多数科学家认为磁石是被闪电击中的磁铁矿 。”
人们很快就发现,他们可以用磁石敲击铁针,使磁针中的大部分未配对电子朝一个方向排列 。根据美国国家航空航天局的说法,公元1000年左右,中国人发现漂浮在一碗水中的一块磁铁总是朝南北方向排列 。此后,磁罗盘成为导航的巨大辅助工具,特别是在白天和夜晚,当星星被云层遮住的时候 。
除铁以外 , 其他金属也具有铁磁性 。这些金属包括镍、钴和一些用于制造超强永磁体的稀土金属,如钐或钕 。
磁性有许多其他形式 , 但除铁磁性外,它们通常太弱,只能用灵敏的实验室仪器或在极低的温度下才能观察到 。安东·布鲁纳姆在1778年使用永磁体寻找含铁材料时,首次发现了抗磁性 。Gerald Küstler是一位发表了大量论文的德国独立研究人员和发明家,他在罗马尼亚技术科学杂志上发表了一篇题为“抗磁悬浮- 历史 里程碑”的论文 。根据他的说法,Brugnams观察到,“在这项研究中,只有深色和几乎紫罗兰色的铋显示出一种特殊的现象;因为当我把它的一片放在浮在水面上的一张圆纸上时,它就被磁铁的两极排斥了 。”
据《超物理》杂志称,反磁性是由原子内电子的轨道运动产生的微小电流环引起的,这些电流环会产生微弱的磁场 。当外加磁场作用于材料时 , 这些电流环倾向于以一种与外加磁场相反的方式排列 。这使得所有的材料都被永磁体排斥;然而 , 产生的力通常太弱而不能被察觉 。然而 , 也有一些明显的例外 。