磁铁能吸引什么实验原理

在物理学中，电和磁总是相伴相生，所以我们需把它们同时讨论。说到电，就不得不提磁。提到磁，让我们首先回想一下古代的四大发明之一的司南（指南针），这是人类进入电气时代之前对磁场利用的最早案例。在人类的能源发展历程中，从燃烧木炭到煤炭，再到石油天然气，每一次能源形式的转变都伴随着社会的巨大进步，但都没有电磁能对社会的改造影响深远。

一、神奇的磁力

虽然电的名气更大，但磁是电存在的基础，除了光伏发电和化学电池，所有发电设备的核心都离不开磁铁。实际上，磁铁在我们身边无处不在，如耳机、麦克、电话、小磁贴、冰箱门、包包上的磁扣、电脑的硬盘等。

磁铁可以在自身周围形成一个磁场，在这个场内，磁铁可以对其它的磁性物质产生吸引力或排斥力，而且这种力并不需要二者直接接触。磁铁的另一个重要性质是它有两极，即N极和S极。任意磁铁的N极总是吸引另一块磁铁的S极，但两块磁铁的相同极会互相排斥。

铁磁性物质的内部，有许多小结构，这些结构被称为“磁畴”。每个“磁畴”都是一个小磁铁，它们的指向各不相同。通常，铁磁性物质对外没有表现出磁性，是因为这些小磁铁的方向是无序混乱的，所以对外的磁场相互抵消。但当一个外部磁铁靠近铁磁性物质时，这些“磁畴”（小磁铁）会迅速响应，让小磁场的方向发生变化，其N极会靠近外部磁铁的S极，铁磁性物质就表现出能被吸引的特性。当我们把铁磁性物质移开，这些小“磁畴”又会恢复到原来的状态。

二、不可忽视的静电

说起电，尽管我们每时每刻都离不开它，但它给我们的最初感觉并不友好，因为电常常会带来刺痛感。最明显的就是我们现在的季节，尤其是北方干燥的气候下，身上的衣物很容易产生静电。每次开门都需小心翼翼，防止被电一下，静电还可能会损坏我们的手机等电子设备。

这些静电，实际上就是在我们身上的过多电子。我们被静电刺痛的感觉来自于它们的移动。为了理解这些电子的存在，需要从原子结构说起。所有的原子都是由几乎集中了全部原子质量的原子核和核外的电子组成。质子、不带电的中子和带负电的电子就是构成我们自然界中所有原子的基础。

一个质子所带的正电量与一个电子所带的负电量相等，它们与中子一起组成原子时，对外呈现电中性。我们所接触到的所有物质，包括我们自己，都是由这样的原子或是由原子再组成的复杂物质构成的。

通常，这些物质都是呈现电中性的，所以我们根本不会意识到电子的存在。只有它们开始移动的时候，我们产生了刺痛感，才会注意到它们。虽然组成所有自然界的物质总是呈现电中性，但是并不等于电荷不能移动。由于电子的质量很轻且位于原子核的外围，所以电流通常是由电子的移动产生的。

在导体（如所有的金属）中，原子核对外层电子的束缚力比较小，所以这些电子可以在金属内部自由移动。如果我们用一个高倍数的显微镜观察，会看到这些金属原子就像浸泡在电子的海洋中。这些电子之间互相碰撞，也与其他的金属原子发生碰撞，最终均匀分布在整块金属的内部。

对于像塑料这样的绝缘体则不同。电子被束缚在组成塑料的分子里，不能轻易吸收外来的电子，也不能很容易地释放自己的电子。除非我们使用摩擦的方式，带走一部分电子，这就是我们身上或衣服上会带电的原因。

三、奇妙的柠檬电池

现在关于电的应用已经非常广泛了。虽然静电给我们带来的感觉并不好，但现在人们已经开始利用这种方式来做环保除尘，并取得了很好的效果。不过对于更多的电的应用，是让那些被称为电子的小微粒运动起来。

例如白炽灯，就是让电子快速运动，撞击灯丝中的金属原子，通过高温来发光。我们的电水壶、电火锅同样也是利用这种原理。另一种电的应用是让电子在原地发生震荡，从而产生电磁波。如今我们的手机、雷达、收音机都在利用这种电子的运动方式。

为了让电子能够运动起来产生电子的“风暴”，就需要有外部的能量供给，形成一个能够让电子“跌落”的悬崖。这个道理就像小孩子从沙发上跳到地上一样，我们需要给电子制造一个产生这样跳跃的环境，这就是电势差，我们通常称之为电压。人类最初产生电势差的装置就是电池。

接下来我们可以一起来制作一个柠檬电池。首先柠檬直到感觉它们变得柔软；然后小心地将一颗镀锌螺丝钉（铁）拧入柠檬大约三分之一的位置。使用小刀在柠檬的另一边三分之一处切开一个切口并插入一枚新的