
这个问题可以分三步来回答:
首先,磁畴这个概念是哪来的 ?
然后,磁畴怎么形成或者说为什么会形成磁畴?也就是它的物理意义。
最后,它是否真实存在?
1.磁畴 这个概念最初是由外斯提出的,他在研究铁磁性时,提出了外斯分子场论:在铁磁体的内部存在神奇的相互作用,会自发地形成许多磁化方向相同的小区域,即磁畴;在没有外磁场时,磁畴方向混乱,对外不显磁性;加上外磁场后,磁畴向外磁场的方向准直,铁磁体显示强磁性,如图1.
但是凭什么磁矩就自发地平行排列了呢?这是由于电子之间具有交换相互作用,它会让磁矩倾向于平行排列(对于铁磁体来说,对反铁磁体,磁矩自发反平行排列)。1928年海森堡提出的“海森堡交换模型”可以解释其实质,这里不赘述,可以参考此回答:磁性的本质是什么,或者怎么从微观角度解释磁性产生的原因?
2.为什么形成磁畴? 按理说磁矩倾向于自发平行排列,那所有磁矩都应该平行,整个铁磁体就应该显示巨大的磁性了!但事实并没有,这是因为基本所有现象都遵循能量最低原理 ,如果磁矩都朝一个方向,也就是下图(a),磁场很大,整个磁体的静磁能就超高!所以磁体会分裂成方向相反的磁畴以降低静磁能,分裂的越细,静磁能越低,如图(c)。
但是磁畴也不会无限分裂下去,因为形成磁畴壁也需要能量。什么时候磁畴分裂停止、形成稳定的铁磁态呢?就是当形成磁畴壁增加的能量要大于不同方向的磁畴降低的静磁能时。
如果大家学过量子或者懂一点海森堡交换模型,那我们可以这么说,磁畴的形成是因为长程的库仑作用和短程的交换作用竞争的结果:库仑作用(会引起静磁能)倾向于让磁矩反平行排列,交换作用倾向于使其平行排列。
3. 磁畴是否真实存在? 答案是肯定的。黄昆的固体物理就有:在磁铁上滴上铁粉胶体液滴,由于磁畴壁有强烈的局域磁场,所以铁粉会集中在畴壁上,也就勾画出了磁畴的形状,如图3.
而且电子显微镜也可以直接观察到磁畴 具体是哪种我不太清楚。
题主问这个问题可能是受了“磁感线”这个概念的影响。磁感线不是真实存在的,只是人们为了方便描述磁性而把磁场具体化了。
