Introduction to Magnetism
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0:00 - 0:03我們學過一些關於重力的內容
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0:03 - 0:05我們學過一點靜電學的知識
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0:05 - 0:07所以 現在應該學
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0:07 - 0:11一種新的宇宙中的基本力
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0:11 - 0:13這一個對我們來說是第二熟悉的
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0:13 - 0:14僅次於重力
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0:14 - 0:17這就是磁力
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0:17 - 0:18這個詞來源於哪裏？
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0:18 - 0:24我認爲幾個文明- 我不是歷史學家
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0:24 - 0:29發現了這些磁石
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0:29 - 0:33這些物體可以吸引一些相似的東西
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0:33 - 0:34別的磁鐵
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0:34 - 0:38或者甚至可以吸引金屬物體 比如鐵
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0:38 - 0:39含鐵的物體
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0:39 - 0:41它們被叫做磁石
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0:41 - 0:43這是 我猜 這是西方的說法
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0:43 - 0:46它們被叫做磁鐵的原因是
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0:46 - 0:48它是以一個
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0:48 - 0:54希臘Magnesia附近的地方命名的
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0:54 - 0:58我認爲實際上 住在這裡的人
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0:58 - 1:00被叫做Magnetes
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1:00 - 1:03但是不管怎樣 你們可以在維基百科上查一下
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1:03 - 1:05學到比我知道的更多的知識
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1:05 - 1:08但是不管怎樣 我們關注一下磁力是什麽
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1:08 - 1:10我認爲我們大多數
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1:10 - 1:13至少知道它是什麽
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1:13 - 1:16我們都用過磁鐵 用過指南針
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1:16 - 1:19但是我現在要告訴你們
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1:19 - 1:22它到底是什麽 很有深度
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1:22 - 1:25我認爲這很- 我不認爲有人-
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1:25 - 1:29我們可以在數學上理解 然後計算
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1:29 - 1:32看一下怎麽與電學有聯係
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1:32 - 1:34實際上 我們要給你們展示 靜電力
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1:34 - 1:37和磁力實際上是相同的
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1:37 - 1:39只是從不同的參考係觀察
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1:39 - 1:40我知道所有這些聽起來
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1:40 - 1:42非常複雜
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1:42 - 1:45但是在經典牛頓世界
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1:45 - 1:46我們把這看做兩個不同的力
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1:46 - 1:47但是我要說的是
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1:47 - 1:50盡管我們習慣於磁力
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1:50 - 1:51就像我們習慣重力
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1:51 - 1:54就像當我們考慮重力是什麽
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1:54 - 1:56它也很神秘 磁力也是
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1:56 - 1:58所以根據這種說法 我們至少試著
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1:58 - 2:02得到一些可行的知識 可以用來計算磁力
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2:02 - 2:07我們對磁鐵都很熟悉
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2:07 - 2:10我不想用黃色
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2:10 - 2:12我可以讓邊界是黃色的
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2:12 - 2:16不 我也不想這樣
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2:16 - 2:19所以如果這是磁鐵
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2:19 - 2:24我們知道磁鐵總是有兩極
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2:24 - 2:28一個是北極 一個是南極
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2:28 - 2:31它們是按照慣例標記的
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2:31 - 2:34因爲當人們第一次發現磁石
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2:34 - 2:35當它們拿著磁石
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2:35 - 2:38用磁石磁化一根針
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2:38 - 2:41然後把針放到水中的軟木上
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2:41 - 2:46針就會指向地球的北極
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2:46 - 2:48然後說 針的這一邊
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2:48 - 2:50指向地球的北邊
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2:50 - 2:51我們把這叫做北極
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2:51 - 2:54針的這一端指向南極
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2:54 - 2:56不好意思 指針的這一端
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2:56 - 2:59指向地球的地理南極
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2:59 - 3:00我把這叫做南極
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3:00 - 3:03或者另一種方法 如果有一個磁鐵
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3:03 - 3:06磁鐵的方向或者磁鐵的一邊
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3:06 - 3:07讓它自己-
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3:07 - 3:09如果它被允許無摩擦轉動
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3:09 - 3:12就會朝向地理北極 我們把這叫做北極
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3:12 - 3:14另一頭就是南極
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3:14 - 3:18這實際上有點-
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3:18 - 3:26顯然我們把地球的上面叫做北極
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3:26 - 3:30我們知道 這是北極
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3:30 - 3:34這叫做南極
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3:34 - 3:39地磁北極有另一個符號
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3:39 - 3:42這就是- 我猜 你們可以說
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3:42 - 3:46這就是指南針
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3:46 - 3:49指南針的北極 指的方向
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3:49 - 3:51實際上 地磁北極一直在移動是因爲
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3:51 - 3:54地球內部是流動的液體
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3:54 - 3:55有很多其他的相互作用
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3:55 - 3:57這是一種非常複雜的相互作用
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3:57 - 4:01但是地磁北極實際上大概在加拿大北部
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4:01 - 4:04所以地磁北極大概在這裡
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4:04 - 4:06所以這可能是地磁北極
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4:06 - 4:08地磁南極 我不確切知道在哪
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4:08 - 4:09但是它可以稍微移動
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4:09 - 4:10不在同一個地方
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4:10 - 4:13所以它有點偏離
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4:13 - 4:16地理北極和地理南極的軸線
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4:16 - 4:19這是另一個有點令人迷惑的東西
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4:19 - 4:22地磁北極是
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4:22 - 4:27磁鐵北極指向的位置
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4:27 - 4:30但是如果把地球看做一個磁鐵
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4:30 - 4:35這實際上應該是南極
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4:35 - 4:38所以如果地球是個大的磁鐵
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4:38 - 4:41你們實際上可以把這看做磁鐵的南極
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4:41 - 4:45地理南極是磁鐵的北極
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4:45 - 4:46你們可以在維基百科上看到更多
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4:46 - 4:47我知道這有點令人不解
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4:47 - 4:50但是通常 當大多數人說到地磁北極
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4:50 - 4:51或北極
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4:51 - 4:54它們說的都是地理上的北極地區
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4:54 - 4:57南極就是地理上的南極地區
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4:57 - 5:00但是我做這個區分的原因是
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5:00 - 5:03我們知道 當說到磁鐵 就像電學
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5:03 - 5:04或靜電學-
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5:04 - 5:08但是我馬上要告訴你們一個關鍵的不同
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5:08 - 5:10這就是不同的場磁極互相吸引
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5:10 - 5:13所以磁鐵的這一邊
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5:13 - 5:15被地磁場的北極吸引
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5:15 - 5:20那麽地球的北極- 或地磁北極
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5:20 - 5:22實際上就一定是這個磁鐵的南極
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5:22 - 5:24反之亦然
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5:24 - 5:26磁鐵的南極
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5:26 - 5:28被地磁南極吸引
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5:28 - 5:32實際上就是地球這個磁鐵的北極
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5:32 - 5:33不管怎樣 我要把地球單獨拿出來
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5:33 - 5:35因爲這有點令人迷惑
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5:35 - 5:36以後我們只關心條形磁鐵
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5:36 - 5:40因爲這更加一致
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5:40 - 5:44我把這些擦掉
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5:44 - 5:45繼續
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5:45 - 5:47我把Magnesia擦掉
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5:47 - 5:52我也不知道鎂是不是首先
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5:52 - 5:54在Magnesia發現的
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5:54 - 5:55可能
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5:55 - 5:58我實際上查了一下鎂乳
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5:58 - 5:59這是一種瀉藥
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5:59 - 6:02它不是在Magnesia發現的
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6:02 - 6:05但是它含有鎂
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6:05 - 6:07所以我猜它的起源應該在Magnesia
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6:07 - 6:10如果鎂是在Magnesia發現的
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6:10 - 6:11不管怎樣 關於Magnesia就講這麽多
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6:11 - 6:13回到磁鐵上
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6:13 - 6:18所以如果這是磁鐵 我們畫另外一個磁鐵
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6:18 - 6:21實際上 我把這些擦掉
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6:21 - 6:25好了
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6:25 - 6:32所以我再畫兩個磁鐵
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6:32 - 6:36當我們還是孩子 我們從經驗中知道
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6:36 - 6:39這是北極 這是南極
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6:39 - 6:41北極會
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6:41 - 6:45吸引另一個磁鐵的南極
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6:45 - 6:48如果我把這個磁鐵翻轉
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6:48 - 6:51它實際上就會排斥北極-
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6:51 - 6:54兩個磁鐵的北極會相互排斥
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6:54 - 6:56所以我們有了這樣的概念
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6:56 - 6:58就像我們在靜電學中畫的
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6:58 - 7:01這個磁鐵形成了一個場
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7:01 - 7:04它形成了周邊的向量
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7:04 - 7:09如果在這個場裏放上東西
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7:09 - 7:11就會被它影響
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7:11 - 7:15會有力作用在上面
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7:15 - 7:18所以實際上 在我畫磁場之前
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7:18 - 7:23我實際上想要
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7:23 - 7:25區分一下磁力和靜電力
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7:25 - 7:30磁力經常以磁偶極子的形式出現
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7:30 - 7:31磁偶極子是什麽意思？
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7:31 - 7:32這就是說 有兩極
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7:32 - 7:34一個北極 一個南極
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7:34 - 7:40在靜電學中 有兩種電荷
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7:40 - 7:44正電荷和負電荷
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7:44 - 7:45所以有兩種電荷
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7:45 - 7:46但是它們可以獨立存在
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7:46 - 7:48可以只有一個質子
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7:48 - 7:50不用非要在它邊上有個電子
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7:50 - 7:52可以只有一個質子
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7:52 - 7:56它就會形成一個正的電場
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7:56 - 7:59電場力線就是正電荷形成的
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7:59 - 8:00是向外的
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8:00 - 8:05所以這裡不一定非要有負電荷
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8:05 - 8:07同樣 你們可以只有電子
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8:07 - 8:09沒必要一定有質子
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8:09 - 8:10所以你們可以有單極子
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8:10 - 8:13當你們只有一個電荷
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8:13 - 8:14當你們談論靜電學時 就有單極子
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8:14 - 8:17但是對於磁鐵 總是有磁偶極子
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8:17 - 8:21如果我們看這個磁鐵 這一個
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8:21 - 8:24如果把把它切成兩半
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8:24 - 8:30不知怎麽 很神奇 這個磁鐵的每一半
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8:30 - 8:32都變成了兩個磁鐵
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8:32 - 8:34這是南極 這是北極
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8:34 - 8:37這是南極 這是北極
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8:37 - 8:40實際上 理論上 我讀過-
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8:40 - 8:42我自己的能力不可能研究這麽深入
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8:42 - 8:45可能會有磁單極子
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8:45 - 8:48盡管在宇宙中還沒有被發現
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8:48 - 8:51所以我們在自然界中能見到的都是磁偶極子
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8:51 - 8:53所以你們可以一直切割
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8:53 - 8:56繼續下去 直到只剩一個電子
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8:56 - 8:57這實際上
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8:57 - 9:00即使一個電子也是磁偶極子
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9:00 - 9:02這仍然會發生
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9:02 - 9:06它仍然有一個北極和一個南極
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9:06 - 9:08實際上 這變成了- 所有的磁鐵
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9:08 - 9:10磁場實際上是
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9:10 - 9:12內部的電子形成的
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9:12 - 9:14電子的旋轉 你們知道
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9:14 - 9:16當我們說到電子旋轉
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9:16 - 9:19我們假設是一個帶電的小球旋轉
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9:19 - 9:21但是電子是- 你們知道 很難-
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9:21 - 9:22它們確實有質量
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9:22 - 9:25但是它們是能量還是質量就有點模糊了
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9:25 - 9:27一個能量球怎麽旋轉？
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9:27 - 9:28等等等等
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9:28 - 9:31所以這就變得形而上學了
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9:31 - 9:33所以我不想太深入
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9:33 - 9:36坦白的講 我不認爲你們有這種直覺
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9:36 - 9:40這幾乎 這是個我們不了解的領域
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9:40 - 9:43但是即使你們研究的大的磁鐵
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9:43 - 9:45它的磁場也是
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9:45 - 9:47裏面的電子旋轉形成的
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9:47 - 9:51通過實際的電子繞著質子旋轉
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9:51 - 9:53形成磁場
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9:53 - 9:56我希望沒有讓你們不解
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9:56 - 9:57你們可以說
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9:57 - 9:59爲什麽一個金屬棒能被磁化
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9:59 - 10:01別的不行？
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10:01 - 10:03當所有金屬棒中
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10:03 - 10:05所有的電子隨機運動時
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10:05 - 10:06它沒有被磁化
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10:06 - 10:08因爲磁旋
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10:08 - 10:11或者電子旋轉形成的磁場
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10:11 - 10:12相互抵消了
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10:12 - 10:13因爲這是隨機的
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10:13 - 10:16但是如果把電子的旋轉排列一下
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10:16 - 10:18如果排列這些旋轉
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10:18 - 10:21那麽就會得到一個有磁性的棒
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10:21 - 10:23但是不管怎樣 我已經過了10分鍾的限制了
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10:23 - 10:25但是希望這能讓你們知道一點
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10:25 - 10:27磁鐵的工作原理
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10:27 - 10:31在下個影片中 我要告訴你們它會帶來什麽作用
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10:31 - 10:34首先 我要解釋怎麽考慮磁場
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10:34 - 10:39然後磁場對電子的影響是什麽
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10:39 - 10:41或者不是電子 是移動的電荷
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10:41 - 10:43下個影片再見
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David Chiu added a translation |