如果把磁鐵磨成球形，磁極會跑到哪裡去？

知識 09-27

如果把磁鐵磨成球形，磁極會跑到哪裡去？

如果把磁鐵磨成球，其磁極情況應該是怎樣的？

dahai wei，磁學/自旋電子學

回答你的問題之前，先介紹一點磁學的基本知識（大白話版）：

1. 什麼是鐵磁性

材料裡面如果原子有磁矩，就可以稱之為磁性材料。（至於磁矩的起源，完全是量子力學的效應了，超出話題的範疇。）

鐵，鈷，鎳，錳等等和它們的合金原子都有磁矩，是常見的磁性材料。而金銀銅鋁等等原子沒有磁矩，是非磁性材料。

但磁性包括鐵磁性，反鐵磁性，自旋玻璃等等，（儘管很多人默認磁性就是鐵磁）。

在鐵磁性材料中(下圖中的每個箭頭代表一個原子的磁矩)

相鄰的磁矩平行排列，整體表現出鐵磁性。

而反鐵磁材料中，因為相鄰磁矩都是反平行排列，磁矩都相互抵消了，整體不顯示磁性。

還有好幾類磁性材料，不具體說了。

2. 鐵磁材料裡面的磁矩排列

下面只說鐵磁材料。

對於一大塊材料(磁鐵)，它的自發磁矩不會都沿著一個方向排列，而會分疇。

這樣，儘管材料是鐵磁的，但是由於分成了很多磁疇，相互抵消了，也沒有整體磁性。技術上這個叫磁鐵的完全「退磁態」。

如果磁鐵放在大磁場下，可以把所有磁矩都拉到同一個方向，「飽和磁化」，

對於硬磁材料，撤去磁場之後，磁矩還是單疇的沿著一個方向。

例如上面的圖，磁鐵的右邊是 N 極，左邊是 S 極。

日常生活接觸的永磁鐵，都是硬磁材料製成的。所謂永磁，就是撤去磁場還有磁性的意思

而對於軟磁材料，撤去磁場，又回到「退磁態」，磁性消失，沒有磁極，軟磁通常用於電磁鐵的鐵芯。

3. 形狀對磁鐵磁極的影響

下面涉及到對你問題的回答了。

先說一下答案，對於硬磁材料的永磁體，形狀的影響可以忽略不計，其磁極分布和材料本身，以及磁化歷史有關。也就是說最初在大磁場下飽和磁化的時候，外磁場加在哪個方向，N 極就在那個方向。環型還是球型沒有區別。

那麼，繼續說一下，如果是軟磁材料，比如 Permalloy，那麼磁矩的分布會取決於形狀，尺寸等等，會比較好玩。

首先，對於圓盤，有可能出現磁性渦旋，圓盤中磁矩是旋轉著排列，但是中心豎起來。

如果把磁鐵磨成球形，磁極會跑到哪裡去？

變成圓環，就是洋蔥態了

如果把磁鐵磨成球形，磁極會跑到哪裡去？

這幾種情形，都很難定義傳統的磁極了

至於磁性球，一種磁矩分布如下圖：

如果把磁鐵磨成球形，磁極會跑到哪裡去？

上面的圖可能不好懂，再簡單說一下，磁鐵之所以有鐵磁性，是因為材料裡面有很多小磁矩（比如原子磁矩），然後這些磁矩平行排列起來，磁矩指向的方向就是 N 極，反方向為 S 極。

所以磁極的分布就是由磁矩的排列決定的！

在鐵磁材料中，磁矩的排列方向是沿著「有效磁場」，

「有效磁場」 = 外磁場 + 內磁場（材料晶體結構決定)）+ 退磁場（磁鐵的形狀決定）

硬磁材料就是內磁場很大，去掉外磁場後，磁矩還是排列在內磁場的方向上；

軟磁材料內磁場很小，撤掉外磁場，磁矩就亂掉(或者由退磁場決定，按照形狀排列)，磁極消失。

一般磁鐵都是硬磁，它的內磁場很大遠大於退磁場，形狀幾乎不起作用了，所以不管磨成什麼樣，磁矩排列不會變化，磁極不會變化。

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