磁鐵為什么有時互相吸引，有時互相排斥？

每塊磁鐵都有兩個磁極：南極（S）和北極（N）。如果用繩子將一塊磁鐵懸掛起來，小朋友們就會發現磁鐵的南北極幾乎完全和地球的南北極方向相同，這也正是磁鐵南北極得名的原因。

之所以會產生這種“巧合”，是因為地心本身就是一塊巨大但磁力很弱的磁鐵;而我們手中的磁鐵雖然體積比較小，但磁力卻非常強，且與地心平行，因此它的南北極始終指向地球的南北極。我們平時常見的磁鐵指南針，就是利用這個原理進行工作。

但當兩塊磁鐵擺放在一起的時候，如果同名磁極相對（即北極對著北極，或者南極對著南極），就會出現會“推開”彼此的現象，相互排斥。這種場景下，兩塊磁鐵就像是兩只被看不見的手拽住一樣，被強行拉扯分離。這個隱形的“手”就叫做“磁場”，當我們把鐵粉撒在磁鐵周圍，就可以看到“磁場”的大致分布。

那什么是同名磁極相斥，異名磁極相吸？

我們用帶箭頭的曲線（磁感線）描繪磁鐵周圍的磁場形狀。磁感線總是從北極出發，指向南極，是一條閉合的曲線。當兩個北極或南極相對時，磁感線指向兩個相反的方向，無法“連接”在一起，因此這兩塊磁鐵會“推開”彼此，即同名磁極相互排斥。

所有磁鐵周圍的磁場都具有勢能，其能量的大小可以改變，改變磁力勢能大小的方式就決定了磁鐵會發生怎樣的運動。

只有當兩個異名磁極擺在一起時（南極對北極，北極對南極），兩塊磁鐵才會吸在一起，即異名磁極相吸。此時的磁場就像一個橡皮筋，把兩塊磁鐵牢牢地“捆”在了一起。在這里需要提醒小朋友們，自己動手進行實驗的時候一定要小心，因為強大“磁力”可能會夾傷你的手指。

搞清楚了“磁感線”的作用后，我們就可以進一步解釋磁鐵為什么會出現相斥或相吸的不同現象了。

你可能聽說過“能量”這個詞。物體的移動需要能量供應，比如只有汽油開始燃燒，靜止的汽車才會移動，這是因為汽油燃燒會釋放它所儲存的能量。

當儲存的能量釋放時，部分能量會轉化為運動所需的能量。科學家將儲存的能量叫做“勢能”（potentia lenergy），因運動而具有的能量叫做“動能”（kinetic energy）。

古裝劇中，攻城時所用的重力拋石機，就是利用了平衡重錘的重力勢能，將石頭拋向敵城;我們吃下的食物為自身儲存了能量，當走路或跑步時，其中的部分能量就轉化成了動能。

這和磁鐵有什么關系呢？其實，所有磁鐵周圍的磁場都具有勢能，其能量的大小可以改變，改變磁力勢能大小的方式就決定了磁鐵會發生怎樣的運動。

宇宙萬物的運動都遵循這樣一條規律。不過若是沒有復雜的數學運算作支撐，人類很難解釋清楚這條規律，因為宇宙就是如此運行的——朝某個方向推動任意地方的具有勢能的物體（前提是未被捆住或固定住），物體移動，它的勢能將減少并轉化為動能。

因此，對兩塊異名磁極相對（南北極相對）的磁鐵而言，彼此靠近會減弱他們磁場中儲存的勢能，即它們將會朝著能夠減弱勢能的方向移動，被迫吸在一起，也就是我們所說的“異名相吸”。

若兩塊磁鐵同名磁極相對，即北極對北極、南極對南極，當二者將彼此推開時，勢能就會減弱。基于“磁鐵會朝著能夠減小勢能的方向移動”這條規律，所以同名磁極會相互排斥。

“動能—勢能”轉化的另一個經典例子就是過山車：當過山車從高處沖下時，勢能將不斷轉化為動能，在到達最低點之前，過山車的速度會越來越快。

還需要說明的一點是，物體被地心吸引落向地面并不是因為磁力作用（magnetism），而是地心引力（gravity）作用的結果。地球周圍還存在一個“引力場”，同樣儲存著能量。

和磁力不同，重力從不會產生“排斥”的效果，因為重力的方向只有一”個，永遠指向地心，且重力沒有南北兩極之分。

那么我們可以無止盡地從磁場中“汲取”勢能嗎？

并不能。當兩塊磁鐵吸在一起后，我們必須把一些勢能“放回”磁場才能把他們拉開，而能量是不能夠平白無故地獲得的。實際上，把吸在一起的兩塊磁鐵拉開所提供的能量來源于我們自身，我們身體內的這些能量又來源于吃下的食物，而吃下的蔬菜、肉類所具有的能量又來自為它們提供能量的動植物或是太陽。

因此，在最后我們還需要記住一能量不會憑空產生，所有能量都有它的出處，世界上并不存在所謂的“永動機”。

——摘自“果殼童學館”