把一块磁铁,从中间切开。你会得到两块小磁铁。每一块,都有一个北极、一个南极。再切一次。
四块,每块还是一个北、一个南。一直切下去,结果都一样。你永远切不出一个"只有北极"的东西。这种东西,物理上叫磁单极子。
到今天为止,还没有人找到过。那为什么切不断。因为"磁场没有源头"。这是一条基本事实,不是从别的定律推出来的。
到现在为止,所有实验都没找到反例。既然没有源头,磁力线就只能是闭合的圈。它从北极出来,绕一圈,回到南极。然后在磁铁内部,从南极再回到北极。
圈没有起点,也没有终点。所以它穿过磁铁表面的地方,必然是"出"和"进"成对出现。出去一份,就进来一份。你剪不断一条首尾相接的绳圈,让它只剩一个头。
所以磁铁不可能只有一个极。那南北极是怎么来的。这要往微观里看。每一个电子,都是一个极小的磁铁。
因为它带电,又在自转,还会绕原子核转。这两种运动,都产生磁性。在铁里面,相邻原子的这些小磁铁,会互相拉扯着对齐。一片一片地对齐,形成一个个小区域,叫磁畴。
一块磁铁,就是所有磁畴都朝同一个方向。而一块没磁化的铁,磁畴是乱指的,磁性互相抵消,所以不显磁性。那为什么只有铁、钴、镍有磁性。因为它们的电子排布里,有几个没配对的电子。
大多数材料的电子是成对的,一正一反,磁性抵消。数字可以说一下。铁的居里温度,是七百七十度。超过这个温度,热运动会把磁畴打乱,磁性就消失了。
还有一件很有意思的事。地磁的"北极",其实在地理南极的附近。也就是说,指南针指的那一头,指的是地磁的南极。所以严格说,它应该叫"指北针",因为它指的确实是地理北方。
所以总结一下。磁铁的南北极,本质是磁力线闭合成圈。切不断,是因为圈不能有端点。想聊的在评论区说说。