生活中的磁铁只吸铁,为什么地球的万有引力什么东西都能吸?

秦川农家


我们在研究四种微观力的时候,除了能否将强力、弱力、电磁力以及万有引力这四种基本力统一到一起的时候,我们千万不要忽视还有一种特殊的作用"力",它绝对不是人们想象中的电荷静电引力那么简单,从实验中电荷正极可以吸引非对应电极外缘之物可看出,这种特殊的正静电场力有可能是四种基本力之中强力、弱力,和万有引力的始祖"力",也就是说,强力、弱力和万有引力同属微观正负电荷粒子之间的对偶对合引力,而万有引力就是这种不饱对合引力在空间的延展作用,而磁力应该就是电子空间运动态的电荷力,未知机制有待探索。


平SS


简单说,磁铁产生的电磁力与万有引力是两种完全不同的力,产生的效果当然不同,也没有可比性!

下面尽量用通俗易懂的白话简单解释。

磁铁为什么会产生电磁力?我们都知道原子结构的外面是电子,电子的自旋产生磁矩,通常情况下,一般物体的磁矩方向杂乱无章,这样综合起来就不会有净磁矩,也可以理解为磁矩为零。

不过磁铁的磁矩排列就比较特殊,方向性更好,显得不那么杂乱无章,这时候就会产生电磁力,吸引带走磁性的物体,比如铁,钴,镍等,这三种物体的磁矩不像其他物体那样被中和掉!

而万有引力是一种完全不同的力,准确来说并不是一种力,而是时空的扭曲,造成了我们感受到的万有引力,物体只是沿着被扭曲的空间运动,而万事万物都可以对时空造成扭曲作用。

同时万有引力是宇宙四种基本作用力中最微弱的力,现实生活中我们都能体验到这一点,地球这么大质量的天体产生的引力也是相当微弱的(相对),比如你能轻松把一块石头扔向天空,想要在微观世界对抗强核力和弱核力是非常困难的!

不过万有引力的作用范围更大,理论上可以延伸到无限远,而其他三种自然力作用范围就很有限了,忒别是强核力和弱核力,只有在微观层面才起作用!


宇宙探索


回答这个问题首先要搞懂“磁铁”与“万有引力”各自的特征。


为什么磁铁只能吸铁?

因为磁铁只有铁,钴,镍等元素构成,它的原子内部结构较为特殊,本身就具备了磁矩,它分为“永久磁铁”和“软磁铁”两大类。它具有磁场,能吸住铁,钴,镍等金属。它属于电磁学,也是天然的磁铁矿,古中国人发现这种“石头”不仅能吸住铁块,而且有定向作用,于是发明了指南针。


像铝或碳等非元素是无法被磁铁吸住的,更不能构成磁铁。但是为什么能被地球吸附?

为什么地球的万有引力什么都能吸?

万有引力的提出者是伟大的物理学家牛顿,他沿着离心力-向心力-重力-万有引力的顺序演化而来的,经过长达20年的研究,在1685年正式提出。

“万有引力”是说只要是有质量的物体都有一种相互吸引的作用力,而且这种引力在宇宙万物中普遍存在。它的公式是:F=G·M1M2/r²。而且引力的大小为物体质量的乘积成正比。

所以磁铁怎么跟大质量的地球比呢?地球能吸住万物靠的可不是磁力,而是大质量天体上的“万有引力”。


弄潮科学


万有引力和电磁力是这个世界两种不同的力,因此他们表现得就不一样。

我们这个题目触及了这个世界最核心的东西,就是四种基本力。就是万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力。着四种基本力是世界的根本,天上地下万事万物都是这四种基本力在作怪,才有了我们看到的一切。

世界最尖端的物理科学家都在研究这四种基本力,通过量子场论,试图把他们统一起来,从而对世界认识提升一个层次,使人类文明得到一次大的飞跃。

所以这是一个十分高大上的问题,这个问题虽然不是研究统一场论,但至少涉及到四大基本力的两个大力,一是万有引力,二是电磁相互作用力。

磁铁就是电磁力的表现。天然磁石又没有电,怎么会是电磁力呢?电在那里?

现代理论认为,磁力就是电磁力。所有物质都由分子组成,分子又由原子组成,原子中的电子运动,会形成一个环形电流,叫分子电流。由于分子电流的存在,每一个分子就相当于一个小磁体,这就是电磁力的来源。

但大多数物质电子运动方向各不相同,杂乱无章,这样磁效应就会相互抵消,就显示不出磁性。在我们地球有一部分物质,比如铁、钴、镍,氧化铁等物质,其原子的电子自旋可以在小范围内自发有序起来,从而在内部形成一个自发的电流磁化区,这种自发磁化区就叫磁畴。

这类物质被地球本身带有的磁场磁化后,内部磁畴就整整齐齐,方向一致的排列起来,所形成的电流磁场就不会相互抵消,而且一旦磁化就恨难消失,就成为了永久磁铁。

电磁相互作用力也作用于各种物质,但对于有磁矩的物质会磁化,才显示出比较明显的吸引力,比如上述铁、镍、钴等。对于那些没有磁矩的物质,由于其内部电磁力相互抵消了,就很难觉察出来,如果用精密仪器测量也能够感知到。
电磁力很强作用也很远,强力方面仅次于强相互作用力,作用距离仅次于引力。

我们天天接受到的阳光,就是太阳发出的电磁辐射,经过1.5亿公里传到我们这里,转化为光和热,被人类利用。而电力就是人类认识了磁力和磁场的规律,通过电磁感应得到的。

而万有引力作用距离理论上无限远。2015年,一对13亿光年远两个黑洞合并引力波导致的时空涟漪传到了地球,这个力极其微弱,只是把检测仪器LIGO的4公里臂长移动了一个质子直径的万分之一,还是被我们科学家检测到了。

所以万有引力是最长程的力,又是最弱的力。小质量物体根本就看不出来,比如放在桌子上的两个物品,不会被吸引到一起去,两个人面对面说话,也不会吸引到一起(除非爱情哈)。

这是弱力的特点,物体与物体之间并不是没有引力,而是太微弱了,所以很难观测出来,当然用精密仪器也能够观测到。著名的扭秤试验就是通过一系列的杠杆精密测量到两个金属球的引力,从而证明万有引力的。卡文迪许利用扭秤试验测出了引力常数,从而为人类打开了一扇通往自然规律天国的大门。

但对于大质量天体,引力的作用就非常明显了。比如我们地球,所有的物质都被它吸引在地表,要想挣脱则需要速度,第一宇宙速度为每秒7.9公里,达到后只能围绕着地球轨道旋转,掉不下来;第二宇宙速度才是脱离速度,每秒11.2公里,达到这个速度就可以挣脱地球的引力,飞往远方。

太阳的引力就更大了,八大行星和拉七杂八的卫星、矮行星、小行星、彗星乃至尘埃都围着它转,光线经过太阳附近也被引力拉弯曲了,证明了爱因斯坦广义相对论时空弯曲理论的无比正确。

这就是两种基本力的不同,这两种力都是自然界中最重要的力,也是最被人们熟知明显的力。

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答:电磁力和万有引力是两种不同性质的力,注定了作用对象不同。


在物理学中,一切“力”都可以归为四大相互作用,在我们生活中遇到的所有真实的“力”,除了重力外,本质上都是电磁相互作用,比如摩擦力、拉力、弹力、压力等等。


电磁力

磁力本质上也是电磁相互作用,可以用麦克斯韦方程组描述,之所以磁铁能够吸引铁、钴、镍等金属,是因为这些物质属于铁磁性物质。

原理:

(1)我们知道,常见物质几乎都由原子组成;

(2)核外电子绕着原子核运动,于是运动电荷产生磁场,有些物质就会出现单个原子净磁矩不为零的情况;

(3)一般情况下,物质内部磁矩排列不规律,导致物质整体的磁矩为零;

(4)但是对于铁磁性物质,相邻原子之间会发生相互作用,然后许多相邻原子组成“磁畴”,每个磁畴从几微米到几毫米不等,就如一个一个的小磁针;

(5)这些大大小小的磁畴,在无外力作用下方向随机,整体不显磁性;一旦有外部磁场存在,这些磁畴就好像受到命令一般,磁矩偏向于同一方向,然后整体显磁性,被磁铁吸引;

(6)当外部磁场撤除后,部分磁畴的磁矩方向有可能无法还原,于是整体显现出微弱的磁性,于是我们说铁被磁化了;

(7)当铁磁性物质被加热后,分子的热运动变得剧烈,当热运动的动能大于相邻原子间的作用能时,铁磁性物质就会转变为顺磁性物质,此时对外部磁场的反应弱,表现为不再被磁铁吸引,这个临界温度称之为“居里点”;

比如家里电饭锅的底部,就有一块铁磁性物质,居里点一般为103℃,当锅里的水烧干后,锅内温度上升到103℃,该物质不再被电磁铁吸引产生动作,从而断开加热电源。


万有引力

在经典力学中,万有引力的大小,取决于物质的距离和质量,就是大名鼎鼎的万有引力定律,也说明有质量的物质都会产生引力。


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简单来说,这与两种力的作用机理有关。

首先,磁铁不只是吸铁,还能吸引钴和镍等铁磁性金属。不过,能被磁铁吸引的金属确实很少。之所以磁铁会选择性吸收某些金属,这与金属的原子结构有关。

原子核及其外围电子的自旋、以及电子在轨运动都存在磁矩,原子中的各种磁矩的矢量和就是原子的净磁矩,或称原子磁矩。如果原子中的各种磁矩大致取向是一致的,即原子磁矩的有序度很高,那么,由此会产生很强的磁场,这种物质即为磁铁。

诸如铁、钴和镍等金属,它们的磁矩不会完全抵消掉,存在一定的净磁矩。于是,这些金属会在原磁铁产生的磁场中会被磁化成磁铁,它们就会通过电磁力与原磁铁互相吸引。而其他的金属原子磁矩几乎完全抵消掉,所以它们不会被磁化,这样也就不会被磁铁吸引。

而引力则不同,牛顿的万有引力定律表明,只要物体具有质量,哪怕是微小的细菌和病毒,都会受到地球引力的吸引。

如果从爱因斯坦的引力理论,即广义相对论的角度来看,有质量的物体能够压弯空间,身处其中的任何东西都会沿着被弯曲的空间运动,于是表现出了引力作用。

最后,需要说明的是,电磁力作用也是非常广泛的。如果把磁铁和其他无法被磁铁吸引的金属放在一起,它们之间其实也存在电磁力作用,只是比较微弱罢了,但要比它们之间的引力作用更强。在四大基本自然力中,引力的相对强度最弱,只有电磁力的一万亿亿亿亿分之一(即1除以10的36次方)。


火星一号


承邀

金属由带电离子的元素组成,它的电离子序列是散乱随机分布的,因此元素之间的电离子之间异性相吸构成磁性平衡的状态。但是,如果你有外力将一种金属里的元素的所有电离子处在有序的定向运动的状态,那么就算这块金属是铜,也产生磁场力。

为什么?因为铜金属里面的电离子受外力正负方向一致的运动,那么它就产生了异性相吸的磁力。

天然磁石,就是因为它天然有这种特性,加上铁金属内的电离子稳定性弱,容易受磁力的影响变成有序的运动,因此铁很容易被磁石吸引。

磁场力,是电离子之间正负相吸的结果。没有电离子或电离子较稳定成随机状态的金属不被磁石吸引。

打个比方吧,有个单位,男男女女随机混在一起工作,虽然有的是一对对夫妻,虽然异性相吸也不会产生跑岗现象。但是,如果把单位里的男女强行分开,一个车间全是男,另一车间全是女的。那么可以肯定严重的跑岗现象,男的借口跑去女车间,而女的也往男车间跑。因为这是异性相吸的自然现象。

那么,地球是怎么吸引地球大气层内的所有非金属与金属的呢?

爱因斯坦同志说是地球质量使地球周围空间弯曲的缘故。就好像空间是一块床单,地球把床单压凹,我们这些地球表面空间里的大小物体就会象大小球样不得不往地球方向溜下去。虽然爱同志这种说法还是漏洞百出,但大家一致认同同时也没有另一更好的说法,那暂时就认定是空间弯曲了。

其实对所有物体产生吸引力的现象不只一个。

比如太空站人造引力,是利用机体旋转的向心力来实现。

但是,爱同志是科学界的神,我们最好不要将科学界的神拉下神台,要不,科学人会失去膜拜的偶像从而尊严尽失。


自由媒体


在地球上,人们从一生下来到长大就会有重力的感性认识。人们往往觉得物体没有依托落回地面是天经地义的事。直到牛顿大师解释万有引力,人们才意识到月亮的起落和苹果落地都是受到同一种力——地球的引力。可是普通人总是不能把重力和引力相提并论,他们觉得磁铁吸引铁钉才是一种引力效应。造成这种错觉原因之一是人们视觉范围有限,不能看到地球的整个面目,无法感受地球作为一个物体吸引别的物体那种视觉印象。原因之二就是,大家觉得重力是天经地义,那么在重力场中,磁铁能在各个方向吸引铁钉。而放在地面的两个球很难靠引力拉到一起,这是因为引力太小了,连地面的摩擦力都克服不了。只有卡文迪许扭力实验那种非常精确的物理实验才能展现地球上两个几公斤的球互相之间的引力。换句话说,引力在天体这样质量巨大的物体之间表现的更加直观。在大尺度空间,大质量物体之间是引力的天下,电磁力等等其它自然力统统靠后。


黄骠马主人


提问者问的这个问题比较好,这涉及到万有引力的本质。

对于磁铁产生的磁力,与万有引力的差别,以及对万有引力本质的认识,我早在2008年就已经有了清晰和明确的答案。我们看到,电磁力只局限于带电的金属(包括铁)之间。我们问,为什么带电的金属可以产生电磁力?那是因为这些金属都是属于一定特殊种类的物体,并且它们都具有带有电荷的特殊性质。而万有引力不与世间物体具有何种种类和何种性质有关,而只与它们构成他们质量的物质相关。所以从这里,我就得出结论说,宇宙间万物为什么可以发生万有引力,那是因为组成和构成他们质量的那个物质的形式和性质都是相同的;或者我们说,因为构成宇宙所有万物质量的那个物质都是不具备任何属性和性质的同一种物质,所以宇宙万物就不分种类和性质地产生了万有引力,而这就是万有引力产生的原因。我把组成宇宙万物质量的那个没有任何属性和性质的物质称做“纯物质”,即宇宙纯粹存在的没有任何属性和性质的物质。

按照我的新宇宙学,构成宇宙万物质量和产生万有引力的纯物质就是引力波,就是宇宙的暗物质纯物质,也就是暗物质,它不仅产生引力和构成宇宙万物的质量,它也是直接产生和组成空间的基本物质。具体请大家参看我的新宇宙学。


冲天一鹄2017


题主说忽然发现地球吸引了许多物质,这说明以前他并不觉得自己被地球引力所吸引。这一点也不奇怪,引力吸引物质是牛顿发现的,通常情况下,每个人恐怕都感觉不到地球对自己有引力作用,倒是对重量的感觉更直接一些,却很少有人去思考,这重量是地球引力拉出来的。可是,牛顿看到了物体有重量背后的秘密,牛顿之前,人们打概都以为,苹果是因为自身有重量,才朝地面方向“下落",这也是至今人们仍然有的普遍认识,根本没人把苹果的下落,跟铁钉“落"向磁铁一样看待,大家都认为钉是被磁力吸引的,却不能直观的认识人和苹果,也如钉子被磁力吸引一样,是被地球引力吸引着,而忽略是不是人和苹果自身真的有什么重量方面的认识。其实,平常我们称物体的重量,称的就是地球对物体的拉力。磁力吸引铁钉也是拉力,从这一点上讲,引力和磁力对物体的作用原理基本相同,只不过电磁力产生于微观物质的旋涡运动,引力产生于宏观物质的圆周运动,圆的周期与螺旋旋涡周期运动,都是物质自旋周期运动,仅螺旋周期是进动的,圆周期是重复不进动的,圆与螺旋并无本质区别,宇宙物质的运动和构造,是以螺旋运动为主的,物质的构造也以螺旋结构为主,常见的星球其内在结构仍然也是旋层结构,正圆结构是表观现象,骨子里,物质皆为螺旋结构。各种作用力,也都是物体运动方向上的作用力,地球引力,就是地球自转方向上的作用力,若没有自转,地球是不会产生引力的!追根求源,引力产生于天体的螺旋旋涡运动。凡是自转的物体,都有这个螺旋向心作用力。


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