磁铁为什么有时互相吸引，有时互相排斥？

每块磁铁都有两个磁极：南极（S）和北极（N）。如果用绳子将一块磁铁悬挂起来，小朋友们就会发现磁铁的南北极几乎完全和地球的南北极方向相同，这也正是磁铁南北极得名的原因。

之所以会产生这种“巧合”，是因为地心本身就是一块巨大但磁力很弱的磁铁;而我们手中的磁铁虽然体积比较小，但磁力却非常强，且与地心平行，因此它的南北极始终指向地球的南北极。我们平时常见的磁铁指南针，就是利用这个原理进行工作。

但当两块磁铁摆放在一起的时候，如果同名磁极相对（即北极对着北极，或者南极对着南极），就会出现会“推开”彼此的现象，相互排斥。这种场景下，两块磁铁就像是两只被看不见的手拽住一样，被强行拉扯分离。这个隐形的“手”就叫做“磁场”，当我们把铁粉撒在磁铁周围，就可以看到“磁场”的大致分布。

那什么是同名磁极相斥，异名磁极相吸？

我们用带箭头的曲线（磁感线）描绘磁铁周围的磁场形状。磁感线总是从北极出发，指向南极，是一条闭合的曲线。当两个北极或南极相对时，磁感线指向两个相反的方向，无法“连接”在一起，因此这两块磁铁会“推开”彼此，即同名磁极相互排斥。

所有磁铁周围的磁场都具有势能，其能量的大小可以改变，改变磁力势能大小的方式就决定了磁铁会发生怎样的运动。

只有当两个异名磁极摆在一起时（南极对北极，北极对南极），两块磁铁才会吸在一起，即异名磁极相吸。此时的磁场就像一个橡皮筋，把两块磁铁牢牢地“捆”在了一起。在这里需要提醒小朋友们，自己动手进行实验的时候一定要小心，因为强大“磁力”可能会夹伤你的手指。

搞清楚了“磁感线”的作用后，我们就可以进一步解释磁铁为什么会出现相斥或相吸的不同现象了。

你可能听说过“能量”这个词。物体的移动需要能量供应，比如只有汽油开始燃烧，静止的汽车才会移动，这是因为汽油燃烧会释放它所储存的能量。

当储存的能量释放时，部分能量会转化为运动所需的能量。科学家将储存的能量叫做“势能”（potentia lenergy），因运动而具有的能量叫做“动能”（kinetic energy）。

古装剧中，攻城时所用的重力抛石机，就是利用了平衡重锤的重力势能，将石头抛向敌城;我们吃下的食物为自身储存了能量，当走路或跑步时，其中的部分能量就转化成了动能。

这和磁铁有什么关系呢？其实，所有磁铁周围的磁场都具有势能，其能量的大小可以改变，改变磁力势能大小的方式就决定了磁铁会发生怎样的运动。

宇宙万物的运动都遵循这样一条规律。不过若是没有复杂的数学运算作支撑，人类很难解释清楚这条规律，因为宇宙就是如此运行的——朝某个方向推动任意地方的具有势能的物体（前提是未被捆住或固定住），物体移动，它的势能将减少并转化为动能。

因此，对两块异名磁极相对（南北极相对）的磁铁而言，彼此靠近会减弱他们磁场中储存的势能，即它们将会朝着能够减弱势能的方向移动，被迫吸在一起，也就是我们所说的“异名相吸”。

若两块磁铁同名磁极相对，即北极对北极、南极对南极，当二者将彼此推开时，势能就会减弱。基于“磁铁会朝着能够减小势能的方向移动”这条规律，所以同名磁极会相互排斥。

“动能—势能”转化的另一个经典例子就是过山车：当过山车从高处冲下时，势能将不断转化为动能，在到达最低点之前，过山车的速度会越来越快。

还需要说明的一点是，物体被地心吸引落向地面并不是因为磁力作用（magnetism），而是地心引力（gravity）作用的结果。地球周围还存在一个“引力场”，同样储存着能量。

和磁力不同，重力从不会产生“排斥”的效果，因为重力的方向只有一”个，永远指向地心，且重力没有南北两极之分。

那么我们可以无止尽地从磁场中“汲取”势能吗？

并不能。當两块磁铁吸在一起后，我们必须把一些势能“放回”磁场才能把他们拉开，而能量是不能够平白无故地获得的。实际上，把吸在一起的两块磁铁拉开所提供的能量来源于我们自身，我们身体内的这些能量又来源于吃下的食物，而吃下的蔬菜、肉类所具有的能量又来自为它们提供能量的动植物或是太阳。

因此，在最后我们还需要记住一能量不会凭空产生，所有能量都有它的出处，世界上并不存在所谓的“永动机”。

——摘自“果壳童学馆”