第二章 揭示磁性之谜

磁无处不在，在我们的身边，在大自然中，在宇宙中。各种各样的磁现象背后都有其深刻的科学道理。通过认识磁的本质，能让我们理解更多关于神秘磁现象背后的科学道理，也会让我们对磁有更深入的理解，更能让我们对科学产生更浓厚的思考与学习兴趣。
 
关于磁的传说
大约在公元前2000多年，辽阔的中原大地上，中华民族的祖先正经历着一个巨大的社会变迁。原始公社逐渐瓦解，奴隶制社会已在襁褓之中了。相传在这个时候，黄河流域的一些部落，由于治水和对外战争的需要，结成了一些部落联盟，黄帝就是一个部落联盟的首领。不久，黄帝统率大军，讨伐以蚩尤为首领的另一部落联盟。
 黄帝制造指南车
在一场追击战中，突然，浓厚的大雾漫天盖地而来，黄帝的军队顿时迷失了方向。危难之中，黄帝的军队中有人推出了一辆马车，车上站立着一塑女像。不论马车朝哪个方向前进，这个女像总是用手指向南方。
黄帝的军队靠着她的指引，终于冲破迷雾，化险为夷。
 帆船的灾难
在古代的欧洲，也有一些神奇的故事。例如，古罗马有一位博物学家叫做普林尼，就曾给后人留下了这样一个传说：
在中国的南面，有一个三面环海的国家，就是现在的印度。很早很早以前的某一天，许多水手驾驶着一艘巨型的木制帆船，从远洋中向岸边驶来。当陆地上的瑰丽景色映入眼帘的时候，水手们禁不住欢呼跳跃起来，帆船就要靠在岸边上一座小山的脚下了。
不料，帆船上的所有铁钉突然都被那座小山拔去。顷刻之间，庞大的帆船散落成了一块块零乱的木板。水手们惊慌失色地向岸边游去……
 科幻故事中的磁幕
更有甚者，科学幻想小说家库尔特·拉斯维兹竟根据普林尼的传说里的思想，在他的科学幻想小说《在两个星球上》中，描绘了地球上的人和火星上的“人”进行了一场战争。
战斗在空中激烈地展开。若干回合以后，地球上的大军奋不顾身的战斗意志和精湛的武艺终于迫使强悍的火星“人”退却了。一队队威武的骑兵勇猛地追赶上去。就在这时，一块又宽又大的黑色幕布似的东西飘然而来，骑士们手中的刀剑竟不翼而飞，砰砰啪啪地被吸附在那神秘的“幕布”上。瞬息之间，大队骑兵变得手无寸铁，在一片惊慌失措的嚎叫声中败下阵来。
不用解说，你也会知道，这些经过人们勤于思索的头脑编织出来的故事，不外是一些幻想，或是神话般的传说。
那么，它们难道都是些毫无根据的无稽之谈吗？

中国古代对磁的认识与应用
中国是对磁现象认识最早的国家之一。公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者，其下有铜金”的记载，这是人类关于磁的最早记载。类似的记载，在其后的《吕氏春秋》中也可以找到。在东汉以前的古籍中，一直将“磁”写作“慈”。相映成趣的是，磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。
古代，还常常将磁石用于医疗。《史记》中有用“五石散”内服治病的记载，磁石就是五石之一。晋代有用磁石吸出体内铁针的病案。到了宋代，有人把磁石放在耳内，口含铁块，因而治愈耳聋。
磁石只能吸铁，而不能吸金、银、铜等其他金属，也早为中国古人所知。在中国很早就发现了磁石的指向性，并制出了指向仪，并进一步发展出指南鱼和罗盘针。
 指南鱼
中国古籍中，关于指南针的最早记载，始见于沈括的《梦溪笔谈》。该书介绍了指南针的4种用法：水法，用指南针穿过灯芯草而浮于水面；指法，将指南针搁在指甲上；碗法，将指南针放在碗沿；丝悬法，将独股蚕丝用蜡黏于针腰处，在无风处悬挂。磁针的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南针的出现，沈括最先发现了磁偏现象，“常微偏东，不全南也”。
南宋时，陈元靓在《事林广记》中记述了将指南针支在钉尖上。由水浮改为支撑，对于指南仪器这是在结构上的一次较大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。
指南针用于航海的记录，最早见于宋代的书籍记载。之后，关于指南针的记载极丰。到了明代，遂有郑和下西洋使用指南针远洋航行到非洲东海岸之壮举。西方关于指南针航海的记载，是在1207年英国纳肯的《论器具》中。
 中国人在明代就发现了太阳黑子
中国研究人员在历代古籍中业已发现，自公元前2000年到公元1751年，有关极光记载达474次。在公元1～10世纪的180余次记载中，有确切日期的达140次之多。在西方最早记载极光的，当推古希腊学者亚里士多德，他称极光为“天上的裂缝”。“极光”这一名称，始于法国哲学家伽桑迪。
太阳黑子，也是一种磁现象。在欧洲人还一直认为太阳是完美无缺的天体时，中国先人早已发现了太阳黑子。根据中国研究人员的搜集与整理，自公元前165～1643年（明崇祯十六年）史书中观测黑子记录为127次。这些古代观测资料为今人研究太阳活动提供了极为珍贵和翔实可靠的资料。
由此看来，中国古代对磁的记载、研究由来已久。黄帝造指南车的传说虽然未必真实，但也能在某种程度上反映出中国很久以前就对磁有所认识并加以利用了。
遗憾的是，关于磁的认识尽管极为丰富，而关于磁现象的本质及解释，往往又是含糊的，缺乏深入细致的研究。就连被称作“中国科学史上的坐标”的沈括，对磁现象也认为，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在中国历史上，一直未能产生可与英国吉尔伯特《论磁》媲美的著作。
 
到底是什么磁
 我们身边的磁
在我们日常生活中有很多和磁密切相关的有趣的、匪夷所思的神奇现象，比如说，中国四大发明之一的指南针为什么能辨别南北方向呢？吸铁石为什么会吸铁呢？手机、电视、计算机、磁悬浮列车、航天飞机又是如何导航的呢？医学上的利用磁来治疗癌症和高科技核磁共振到底是怎么回事呢？工程上的发动机、发电机和变压器又是怎么发的电呢？军事上的磁炮和隐形战斗机又是怎么战斗的呢？娱乐上的磁力魔术又是怎么被魔术师匠心独运的表演了呢？磁每时每刻都在影响着我们的生活，磁的魅力为什么这么的无穷无尽呢？
我们经常所见到的“吸铁石”，在古代被慈祥的尊称为“磁石”，因为只要它一碰到铁就会把铁牢牢的吸住。每块磁铁的两头都有不同的磁极，一头叫做S极，另外一头叫做N极。因为人类居住的地球也是一块天然的大磁体，同样也有N极和S极的区分。大家都知道，同性相斥，异性相吸。所以，无论你在地球表面的任何地方，指南针总能永远的辨清南北方向。
经常可以见到吸铁石能将铁钉、铁屑、铁茉、铁丝等等所有铁质的物质牢牢的吸住。当然，细心的人会发现吸铁石不仅仅能吸铁，而且还会吸住镍、钴等金属。其实，任何物质都具有磁性，只不过有的强有的弱罢了。
在实验室，我们会发现有趣的现象，那就是当我们将一根条形磁铁放到细碎的铁屑堆里，会见到磁铁两端吸引的铁屑最多，而中间部分吸的铁屑最少，这两端就叫做磁极。磁极在任何一个磁体上都永远不会分开的，就算把一块磁铁切割开来，每一小块还是会有单独的南极和北极。
指南针上的磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上，磁针的北极会相对应的指向地理的北极，因而，对于经常远洋穿越、科研探险、寻觅矿藏、森林沙漠旅游的人来说是必备的法宝。
 磁铁只能“吸”铁吗?
既然磁石能吸引铁，那么是否还可以吸引其他金属呢？我们的先民做了许多尝试，发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属，也不能吸引砖瓦之类的物品。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁，而不能吸引其他物品。
实际上铁是能被磁铁吸引的元素中的一种。除了铁，钴、镍或铁氧体也是可以被磁体吸引的。我们把它们称为“铁磁类物质”。
为什么大多数物质不能被磁铁吸引呢？
这就要从磁性的来源说起。
物质的磁性来自构成物质的原子，原子的磁性又主要来自原子中的电子。那么电子的磁性又是怎样的呢？
从科学研究已经知道，原子中电子的磁性有2个来源：
①电子本身具有自旋，因而能产生自旋磁性，称为自旋磁矩；
②原子中电子绕原子核作轨道运动时也能产生轨道磁性，称为轨道磁性。
我们知道，物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和位于原子核外的电子组成的。原子核好像太阳，而核外电子就仿佛是围绕太阳运转的行星。
另外，电子除了绕着原子核公转以外，自己还有自转磁性材料（叫做自旋），跟地球的情况差不多。一个原子就像一个小小的“太阳系”。另外，如果一个原子的核外电子数量多，那么电子会分层，每一层有不同数量的电子。如果不分层，这么多的电子混乱地绕原子核公转，是不是要撞到一起呢？
在原子中，核外电子带有负电荷，是一种带电粒子。电子的自转会使电子本身具有磁性，成为一个小小的磁铁，具有N极和S极。也就是说，电子就好像很多小小的磁铁绕原子核在旋转。这种情况实际上类似于电流产生磁场的情况。
既然电子的自转会使它成为小磁铁，那么，原子乃至整个物体会不会就自然而然地也成为一个磁铁了呢？当然不是。如果是的话，岂不是所有的物质都有磁性了？为什么只有少数物质（像铁、钴、镍等）才具有磁性呢？
原来，电子的自转方向总共有上下两种。在一些物质中，具有向上自转和向下自转的电子数目一样多，它们产生的磁极会互相抵消，整个原子，以至于整个物体对外没有磁性。而低于大多数自转方向不同的电子数目不同的情况来说，虽然这些电子的磁矩不能相互抵消，导致整个原子具有一定的总磁矩。
但是这些原子磁矩之间没有相互作用，它们是混乱排列的，所以整个物体没有强磁性。只有少数物质（例如铁、钴、镍），它们的原子内部电子在不同自转方向上的数量不一样，这样，在自转相反的电子磁极互相抵消以后，还剩余一部分电子的磁矩没有被抵消。这样，整个原子具有总的磁矩。
同时，由于一种被称为“交换作用”的机理，这些原子磁矩之间被整齐地排列起来，整个物体也就有了磁性。当剩余的电子数量不同时，物体显示的磁性强弱也不同。例如，铁的原子中没有被抵消的电子磁极数最多，原子的总剩余磁性最强。而镍原子中自转没有被抵消的电子数量很少，所以它的磁性比较弱。
 磁力
人们发现，把一个磁铁放入一堆细小的铁钉中，当把它再拿出来时，磁铁的两端吸附了很多铁钉，而磁铁的中间部分则几乎没有吸附什么铁钉。这就是说，一块磁铁的两端磁性最强，而在磁铁的中间部分几乎没有磁性。
磁铁两端磁性最强的区域称为磁极。当把一个磁铁自由地悬挂起来时，它会自动地指向南北方向。指向北方的一极叫做北极，用字母N表示；指向南方的一极叫做南极，用字母S表示。
其次，当用磁铁的北极靠近另一悬挂着的磁铁的南极时，那个磁铁会被吸引过来；用磁铁的北极去靠近那悬挂着的磁铁的北极时，那磁铁则会被推斥开去。若再拿磁铁的南极去分别靠近悬挂着的磁铁的南极和北极，看到的现象恰恰和上述情况相反，即南极被推斥开，而北极却被吸引过去。这个实验表明了磁铁（包括天然的磁石），还具有另外一种重要性质，那就是任何磁体的磁极与磁极之间存在着相互作用力，而且是同名磁极相排斥，异名磁极相吸引。
不管是排斥力还是吸引力，这种磁极之间的相互作用力统称为磁力。
 永不分离的两极
对自然界的每一步探索都丰富了人类知识的宝库，给人们带来鼓舞和新的好奇心。1600年，英王御医吉尔伯特的著作《论磁同名磁极相互排斥铁、磁性物体和大磁铁》一书出版了。书中介绍了作者用磁铁所做的大量实验的结果。他不仅发现了磁体的磁极，而且毫不痛惜地将制作得很好的磁体一折两段，又用磁铁对那两段磁体分别重复了上述实验。
实验的结果大大出乎当时人们的意料——每一段磁体仍像一个完整的磁体一样，照样都有自己的南极和北极；而且无论再折成几段，其中任何一段都仍然自成一个新的完整的磁体。由此他第一个确信两个磁极不可分开这一绝妙的事实。磁体的南、北两极的“友情”竟是这样地牢固，以致始终不可分离，简直就像是一对“双胞胎”，它们一同降临人世，同命相依。
当然，仅仅知道任何磁体都有磁极，而且磁极之间存在着相互作用力，那还是很不够的。科学需要准确。人们在了解到磁力具有排斥和吸引这两种明显的不同性质之后，自然想要进一步知道，磁极之间的磁力究竟有多大？
然而，在科学发展的道路上，几乎没有一帆风顺的事情。相反，困难倒是经常的伴侣。由于每一个磁体都具有两个不同的磁极，因此在研究一个磁体的某一磁极与另一磁体的一个磁极之间的相互作用时，就无法排除其余两个磁极的影响。怎样克服这一困难呢？直至18世纪中叶，法国物理学家库仑和英国物理学家卡文迪许才各自独立地想出了一个聪明的办法。为了尽可能地减少其余两个“讨厌”的磁极的影响，他们制作了很细很长的磁体，开始了他们的实验。
由于他们使用的磁体既细又长，在研究两个磁体的磁极之间的相互作用时，只要所研究的那两个磁极之间的距离相当近，那么其他两个磁极就离它们很远了，产生的影响自然也就微不足道了。
库仑和卡文迪许的这个办法，实在是一个没有办法的办法。他们不能够改变自然界的“安排”，也不能“抛弃”那“双胞胎”中的某一个。他们的聪明恰恰在于并不去做那些根本不可能做到的事，而是在自然界允许的范围内，巧妙地进行设计，去达到自己的理想。
库仑和卡文迪许的办法的另一妙处是：考虑到细长磁体的磁极比较小，因而磁性非常集中，所以可以把它看成是具有磁性的几何点，习惯上叫做点磁极。这样，最明显的好处是磁极的位置和磁极之间的距离易于明确地表示和量度，正像一粒细砂的位置比一堆砖石的位置更容易说得准确，两个石子之间的距离比两座山的距离更容易度量一样。
显然，不同磁体的磁极的磁性强弱程度一般说来是不相同的。他们把磁极磁性的强弱程度简称为磁极强度。当库仑和卡文迪许对具有各种不同的磁极强度的磁极之间的相互作用力做了大量的实验研究之后，磁力的规律终于找到了：两个磁极之间的磁力（不管是引力或斥力）的大小，跟它们的磁极强度的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，力的方向在这两个磁极的连线上。
这就是著名的库仑定律。
 
有趣的磁场与磁力线
磁场是一种看不见摸不着的特殊物质。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。
我们把条形磁体悬挂起来，指南的是南极，指北的是北极。拿小磁针靠近条形磁铁的一端，与小磁针北极相吸的是南极，另一端是北极。
那么，我们把小磁针放到磁体周围将会是什么样？小磁针不再指南北，而是指不同的方向。在物理学中，把小磁针静止时北极所指的方向定为那点磁场的方向。当我们在磁场中放入许多小磁针时，它们的分布情况和北极所指的方向就可以形象直观地显示出磁场的分布情况。
如果我们用铁屑代替小磁针，在一块玻璃板上均匀地撒一些铁屑，然后把玻璃板放在条形磁体和蹄形磁体上，轻敲玻璃板，观察铁屑的分布。我们会看到铁屑在磁场的作用下转动，最后有规则地排列成一条条曲线。
铁屑的分布情况可以显示磁场的分布情况。因此，我们可以仿照铁屑的分布情况，在磁体的周围画一些曲线，用来方便、形象地描述磁场的情况。科学家把这样的曲线叫做磁力线。
磁力线又叫磁感线，磁力线是闭合曲线。规定小磁针的北极所指的方向为磁力线的方向。磁铁周围的磁力线都是从N极出来进条形磁体的磁力线入S极，在磁体内部磁力线从S极到N极。磁感线只是帮助我们描述磁场，是假想的，实际并不存在。
磁力线是用来形象地描述磁场状态的一种工具，磁力线和描述电场情况的电力线非常相似，以力线上某一点的切线方向表示该点的磁场强度的方向，以力线的疏密程度表示磁场的强度。
 法拉利发现磁力线
磁力线的概念是英国科学家法拉第在1831年提出的，他引入磁力线是用来描述磁作用的。在研究磁体吸引铁类物质的现象时，法拉第认为，磁体是一块非同寻常的物质，它向四面八方伸出许多无形的“触须”，直到空间的各个角落。正是靠着这些“触须”——法拉笫把它们称为磁力线，磁体才能把铁类物质“拉”向自己身边。依照这一想法，法拉第画出了磁体在各种情况下的“触须”，这就是今天在任何物理学课本中都能见到的磁力线图。磁力大的地方“触须”密集；磁力小的地方“触须”稀疏。
当然，法拉第并没有天真地认为这些“触须”是真有其物，他只不过是企图形象而又明白地去解释实实在在的磁力作用。
然而重要的是，一个深刻而卓越的物理思想和与之相应的物理学概念——场，在法拉第这项艰苦的工作中诞生了。法拉第提出：在磁体周围充满着疏密不均，而且弯曲程度各异的“触须”的空间，存在着“场”，并取名为“磁场”。空间中某点磁场的强弱，叫磁场强度，可用磁力线在该点附近的疏密程度来表示，并且规定，垂直穿过场中某一面积的磁力线的总数叫做该面积的磁通量。
法拉第在磁力线的启示下，提出了场是真实的物理存在，场的作用不是突然发生的“超距作用”，而是经过磁力线逐步传递的。这些概念对电磁场理论的发展有着重大推动作用。
现在人们了解到，磁场、电场都是一种特殊形态的物质，并不需要力线的解释。这些解释必然受到机械观念的限制。但是用磁力线（包括电力线）作为场的一种模型，使比较抽象的场得到形象的直观表示，不仅历史上起过很好的作用，而且现在仍然为人们所沿用。
 是否存在磁单极子
一条磁铁总是同时拥有南极和北极，即便你将它摔成两半，新形成的两块磁铁又会立刻分别出现南极和北极。这种现象一直持续到亚原子水平。看上去，南极和北极似乎永远不分家。是这样吗？很多物理学家对这一点相当怀疑。
英国物理学家狄拉克是首先预言存在磁单极子的物理学家。他在创立著名的狄拉克方程后，于1930年首先预言了正电子的存在。两年之后正电子就被C·D·安德森在实验中发现。基于他的方程，狄拉克还预言了另外两种基本粒子——只有南极或只有北极的磁单极子。
这是两种虚无缥缈的粒子，因为它们完全来自于纸上计算，而正电子在被预言之前至少人们已经知道了电子的存在。但是，既然电荷能够被分为独立的正负，那么，磁似乎也应该能被独立出南极和北极。对于物理学家来说，这才是“对称”的。
后来，在20世纪80年代，物理学家在试图将弱电相互作用和强电相互作用统一在一起，以便最终能完成所谓“大统一理论”时，某些理论也预言了磁单极子的存在。
物理学家们在研究磁单极子的过程中发生过许多出人意料的故事。
20世纪70年代，美国物理学家阿兰·古斯在康奈尔大学做博士后期间，与合作者研究宇宙早期磁单极子的产生。这个研究没有让他在磁单极子方面做出突破，却让他对宇宙学做出了一个重要贡献。
1979年12月7日，已经到了斯坦福线性加速器中心工作的古斯在他的草稿纸上写下了“惊人的领悟”。前一天晚上的计算让他相信，从当时的粒子物理和宇宙学假设推导出去，早期宇宙中会产生过量的磁单极子。解决这个矛盾的办法是，宇宙早期经历了“暴涨”阶段。古斯成为暴涨理论的创始人。
同样是在70年代，美国斯坦福大学的物理学家布拉斯·卡布雷拉用电线建造了一个仪器，来探测宇宙射线中的磁单极子。假如有磁单极子从仪器中通过，仪器就会得到一个8磁子（磁子是一个常数）的信号。他确实得到了一些信号，但都是1~2磁子而已，从来没有超过3磁子。1982年的情人节，卡布雷拉没有到实验室工作。而当他再次回到办公室的时候，惊讶地发现仪器恰恰在情人节这天记录到了一个8磁子的信号。
此后，卡布雷拉建造了更为大型的探测器，想要寻找更多这样的信号，却再也没有找到。著名物理学家史蒂芬·温伯格在1983年的情人节还专门写了一首诗送给卡布雷拉:“玫瑰是红色的，紫罗兰是蓝色的，是时候找到单极子了，第二个！”可是直到今天，并没有人再次找到过磁单极子。卡布雷拉当年的发现也因此令人生疑。物理学家们尝试过在月面物质样本中寻找，也尝试过在粒子加速器的碰撞实验中寻找，但都一无所获。
2009年9月4日出版的《科学》杂志上，德国亥姆霍兹联合会研究中心的研究人员报告他们在一种特殊的晶体中观察到了“磁单极子”的存在。并介绍了这些磁单极子在一种实际材料中出现的过程。它标志着人们首次在三维角度观察到了磁单极子的分离。
但他们的“磁单极子”与狄拉克预言的磁单极子仍有天壤之别。科学家什么时候能找到真正的磁单极子，乃至真正的磁单极子是否存在，仍然都是问号。
磁性永存——永磁体
能够长期保持其磁性的磁体称永久磁体。如天然的磁石（磁铁矿）和人造磁钢（铁镍钴磁钢）等。永磁体是硬磁体，不易失磁，也不易被磁化。而作为导磁体和电磁铁的材料大都是软磁体。永磁体极性不会变化，而软磁体极性是随所加磁场极性而变的。
 永磁体的种类
永磁体有天然磁体、人造磁体2种。天然磁体是直接从自然界得到的磁性矿石。人造磁体通常是用钢或某些合金，通过磁化、充磁制成的。永磁体是能够长期保持磁性的磁体。永磁体可以制成各种形状，常见的有条形磁铁、针形磁铁和马蹄形磁铁。
就想你平时见到的那种带有磁性钢棒，永磁体是在外加磁场去掉后，仍能保留一定剩余磁化强度的物体。要使这样的物体剩余磁化强度为零，磁性完全消除，必须加反向磁场。使铁磁质完全退磁所需要的反向磁场的大小，叫铁磁质的矫顽力。
钢与铁都是铁磁质，但它们的矫顽力不同，钢具有较大的矫顽力，而铁的矫顽力较小。这是因为在炼钢过程中，在铁中加了碳、钨、铬等元素，炼成了碳钢、钨钢、铬钢等。
碳、钨、铬等元素的加入，使钢在常温条件下，内部存在各种不均匀性，如晶体结构的不均匀、内应力的不均匀、磁性强弱的不均匀等。这些物理性质的不均匀，都使钢的矫顽力增加。而且在一定范围内不均匀程度愈大，矫顽力愈大。但这些不均匀性并不是钢在任何情形下都具有的或已达到的最好状态。
为使钢的内部不均匀性达到最佳状态，必须要进行恰当的热处理或机械加工。例如，碳钢在熔炼状态下，磁性和普通铁差不多；它从高温淬炼后，不均匀才迅速增长，才能成为永磁材料。
若把钢从高温度慢慢冷却下来，或把已淬炼的钢在六七百摄氏度熔炼一下，其内部原子有充分时间排列成一种稳定的结构，各种不均匀性减小，于是矫顽力就随之减小，它就不再成为永磁材料了。
 铷铁硼永磁体
钢或其他材料能成为永磁体，就是因为它们经过恰当地处理、加工后，内部存在的不均匀性处于最佳状态，矫顽力最大。铁的晶体结构、内应力等不均匀性很小，矫顽力自然很小，使它磁化或去磁都不需要很强的磁场，因此，它就不能变成永磁体。通常把磁化和去磁都很容易的材料，称为“软”磁性材料。“软”磁性材料不能作永磁体，铁就属于这种材料。
永磁铁用处很多，如在各种电表、扬声器、耳机、录音机、永磁发电机等设备中都需要永磁体。
值得注意的是，永磁体并不是“永远保持磁性”的意思。永磁体的磁性是由内部极其微小的磁体总体排列有序带来的。只要破坏这个有序性，磁性就会部分或者全部消失。比如摔打或者高温都可以使永磁体的磁性消失。

铁钉变磁铁：物质的磁化
磁化现象在日常生活中较为常见，例如机械表放在强磁场处一段时间，手表就走时不准了；电工用的螺丝刀碰一下螺丝钉，螺丝钉就吸了起来等等。那么磁化到底是怎么一回事？
 软铁棒的磁化和去磁
磁化是使原来没有磁性的物体获得磁性的过程。不是所有的物体都会被磁化，例如磁铁不能吸引铜、铝、玻璃等，说明了这些物体不能被磁化。凡是可以磁化的物质，都有磁分子构成，未被磁化前，这些磁分子杂乱地排列，磁作用相互抵消，对外不显磁性。当受到外界磁场磁力的作用时，它们会排列整齐。在中间的磁分子间磁作用虽被抵消，但在两端则显示了较强的磁作用，出现了所谓磁性最强的磁极，但如果磁化后被敲打或火烤排列会重新无序，磁性又将消失。例如电饭锅中的温度达到103℃左右，磁钢的磁性自动消失。
我们可以做一个简单的实验。找一个3~4寸（1寸≈3.33厘米）长的铁钉，把它放在火上烧红，再把它捂在沙里慢慢冷却，这叫退火。待铁钉凉透之后，把它靠近大头针，它对大头钉没有一点儿磁力。然后，你左手拿着铁钉，一头对准北方，另一头对准南方，右手拿起木块，在钉头上敲打7~8下。你再把铁钉放进大头针盒里，它就能吸起一些大头针了。
这说明，就这么敲打几下，铁钉磁化成磁铁了，虽然它的磁力不大。如果把它朝东西方向放好，再敲几下，它的磁力又会消失。
原来铁钉没磁化前，它内部的许多小磁体，杂乱无章，磁力相互抵消，所以没磁力。当你把铁钉朝南北方向放好，敲打它，内部的小磁体受振，在地磁的作用下，就会规矩地排列起来，铁钉就有磁性了。当你把铁钉朝东西方向放好，再敲打时，铁钉内部的小磁体又会变得乱七八糟，所以铁钉没有磁性了。
 古代中国的人工磁化法
我国古代对磁化现象就有一定的研究利用。前面曾经讲过，早在11世纪，曾公亮在《武经总要》一书中，就有了关于指南鱼的人工磁化方法，这是世界上人工磁化方法的最早实践。
这种人工磁化方法，是利用地球磁场使铁片磁化。即把烧红的铁片放置在子午线的方向上，烧红的铁片内部分子处于比较活动的状态，使铁分子顺着地球磁场方向排列，达到磁化的目的。蘸入水中，可把这种排列较快地固定下来，而鱼尾略向下倾斜可增大磁化程度。
而沈括在《梦溪笔谈》中提到另一种人工磁化的方法：“方家以磁石摩针锋，则能指南。”按沈括的说法，当时的技术人员用磁石去摩擦缝衣针，就能使针带上磁性。从现在的观点来看，这是一种利用天然磁石的磁化水场作用，使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向，从而使钢针显示出磁性的方法。这种方法比地磁法简单，而且磁化效果比地磁法好。摩擦法的发明不但世界最早，而且为有实用价值的磁指向器的出现创造了条件。
水也可以有磁性
简单的说，磁化水就是一种被磁场磁化了的水。让普通水以一定流速，沿着与磁力线平行的方向，通过一定强度的磁场，普通水就会变成磁化水。磁化水有种种神奇的效能，被人们成为“神水”或“魔水”，它在工业、农业和医学等领域有广泛的应用。
工业上的妙用
在工业上，人们最初只是用磁场处理少量的锅炉用水，以减少水垢。现在磁化水已被广泛用于各种高温炉的冷却系统，对于提高冷却效率、延长炉子寿命起了很重要的作用。许多化工厂用磁化水加快化学反应速度，提高产量。建筑行业用磁化水搅拌混凝土，大大提高了混凝土强度。纺织厂用磁化水褪浆，印染厂用磁化水调色，都取得了很好的经济效益。
农业上的妙用
在农业上，用磁化水浸种育秧，能使种子出芽快，发芽率高，幼苗具有株高、茎粗、根长等优点；用磁化水灌田，可使土质疏松，加快有机肥分解，刺激农作物生长。通过实践人们发现，常浇磁化水的大豆、玉米等作物和萝卜、黄瓜等蔬菜，产量可提高10~45%，水稻、小麦、油菜等作物可增产11~18%。此外，有些畜牧场用磁化水喂养家禽家畜，可使禽畜疾病减少、增重快。
医疗上的妙用
在医学上，磁化水不仅可以杀死多种细菌和病毒，还能治疗多种疾病。例如磁化水对治疗各种结石病症（胆结石、膀胱结石、肾结石等）、胃病、高血压、糖尿病及感冒等均有疗效。对于没病的人来说，常饮磁化水还能起到防病健身的作用。
磁化水素有“神水”、“魔水”之称。具有“去疮瘘、长肌肤”、“长饮令人有子、壮阳”、“宜入酒”等功效。
趣 味 链 接
史学名著《鬼谷子》中记载有，“司南”能辨别方向，它就像一套餐具，勺子在盘子上会旋转，从而指向南北方向，勺子是天然磁石磨制而成的椭圆状球面体。直到东汉指南针才提出来，到宋代指南针对航海事业和外贸交流以及商业运输远洋合作交流做出了不可磨灭、不可限量、不可代替的贡献。闻名海内外的郑和下西洋和哥伦布环球航行都离不开指南针。
趣 味 链 接
饮用磁化水
磁化水用于饮水，可以活化水质，改善人体微循环，增进人体健康，用于洗浴，可预防和治疗皮肤病，有利于皮肤吸收，增加皮肤弹力。
磁化水的磁能随时间衰减，所以保健用的磁化水尽量在24小时之内饮用。
磁化水可防治多种疾病，但是以预防为主同时起到辅助治疗的作用，已有疾病切不可同时放弃正规治疗。
磁化水不是奢侈品，而是百姓生活中很普遍的保健水，警惕近来磁化水处理设备沿用保健品高利润的传统，向奢侈品靠拢的趋势。