在日常生活中，吸鐵石是非常常見的一種物品，很多人小時(shí)候都玩過吸鐵石。但是為什么我們只聽說過吸鐵石，卻從來沒有聽說過吸鋁石、吸銅石呢？磁鐵的磁性究竟是如何產(chǎn)生的呢？
其實(shí)，人們口中的吸鐵石本身并不是一塊石頭，也不是純粹的鐵。在古代，人們制造指南針?biāo)褂玫奶烊淮盆F，大多是由鐵的氧化物三氧化二鐵以及許多其他雜質(zhì)組成的。其實(shí)吸鐵石除了鐵以外還能吸引鎳鈷等金屬，但是這兩種金屬在日常生活中實(shí)在是過于罕見，很長一段時(shí)間里人們只知道它能夠吸鐵，所以就直接將其命名為吸鐵石并沿用至今。
當(dāng)時(shí)的人們并不清楚磁鐵為什么會(huì)產(chǎn)生磁力，甚至把磁力看成是一種神力，隨著科學(xué)的發(fā)展特別是電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，人們終于發(fā)現(xiàn)了磁鐵磁力產(chǎn)生的奧秘。
根據(jù)安培定律，電流的附近會(huì)產(chǎn)生磁場，而且磁場的強(qiáng)度隨著電流的變化而變化，電流越大磁場的強(qiáng)度越大。在高中階段就有利用通電螺線管產(chǎn)生磁場的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中磁場的方向還將遵循右手螺旋定理，隨著電流方向的改變而發(fā)生改變。在宏觀層面，電流會(huì)產(chǎn)生磁場，天然的吸鐵石沒有通電又沒有電流，怎么會(huì)產(chǎn)生磁力呢？
在了解磁鐵內(nèi)部的電流之前，我們首先要搞清楚為什么家庭輸電線中會(huì)有電流存在。由于輸電線兩端存在電壓差電勢差，有了電勢差就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電場力，在電場力的作用下電線當(dāng)中的帶電粒子發(fā)生定向移動(dòng)從而產(chǎn)生電流。所以說電流的本質(zhì)其實(shí)就是電荷或者帶電粒子的定向移動(dòng)，也就是說只要存在帶電粒子的定向移動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生電流。
自然界中任何物質(zhì)的組成基礎(chǔ)都是分子以及更小的原子，原子又是由原子核和核外電子組成的，其中原子核中的質(zhì)子帶正電，核外電子帶負(fù)電。雖然沒有宏觀層面那樣有電場力作用，但是電子始終是圍繞著原子核作高速環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的，在環(huán)繞的過程中電子本身還在不停的發(fā)生著自轉(zhuǎn)，這種關(guān)系就有點(diǎn)像地球繞著太陽公轉(zhuǎn)的同時(shí)也在不停地自轉(zhuǎn)。
電子作為一種帶電粒子，它在高速運(yùn)動(dòng)的過程中就會(huì)產(chǎn)生極其微小的磁場，無數(shù)個(gè)這樣微小的磁場相互疊加就會(huì)讓物質(zhì)在宏觀層面表現(xiàn)出磁性。既然是這樣，好像所有物質(zhì)都是天然的磁體，但事實(shí)卻并不是這樣，這是為什么呢？
要解釋清楚這個(gè)問題，就需要了解核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。
首先，在絕大多數(shù)物質(zhì)的組成原子當(dāng)中，電子都是成對存在的，在運(yùn)動(dòng)過程中這些電子都必須要遵循泡利不相容原理。通俗來講，就是處于同一軌道同一能量級的成對電子，他們之間的自旋方向始終是相反的。前面我們說過，磁場產(chǎn)生的方向隨著電流方向的改變而改變，所以這樣一對運(yùn)動(dòng)的電子產(chǎn)生磁場的方向是相反的，會(huì)直接相互抵消掉。所以只有元素原子的最外層存在孤對電子，產(chǎn)生的磁場不會(huì)被抵消，才有可能會(huì)在宏觀層面表現(xiàn)出磁性。
為什么這么說呢，因?yàn)榇判缘漠a(chǎn)生還與該物質(zhì)原子的排列有關(guān)系。如果排列的不規(guī)則，物質(zhì)內(nèi)部呈現(xiàn)出雜亂無章的狀態(tài)，那么單一原子產(chǎn)生的磁場之間就有可能會(huì)相互抵消，要想表現(xiàn)出磁性物質(zhì)內(nèi)部的原子就必須排列的整齊有序，讓單一原子形成的磁場之間相互疊加并且最終表現(xiàn)出外在的磁性。
總的來說，一種物質(zhì)要想有磁性，需要滿足兩個(gè)條件：一是原子的最外層存在孤對電子，二是組成物質(zhì)的原子之間排列整齊。然而同時(shí)滿足這兩個(gè)要求的物質(zhì)，在自然界中也僅有鐵鈷鎳等少量金屬而已。
研究發(fā)現(xiàn)，鐵原子有26個(gè)核外電子其中最外層有一個(gè)孤對電子，鈷和鎳元素的原子的最外層同樣也存在孤對電子。但由于這幾種物質(zhì)內(nèi)部的微小磁性區(qū)域——磁疇的排布是沒有規(guī)則的，這些小區(qū)域產(chǎn)生的磁場之間相互抵消，所以這些金屬平時(shí)并沒有表現(xiàn)出像磁鐵一樣的磁力。但在外加磁場力的作用下，這些磁疇的磁場方向一致化，也就是被磁化了，被磁化以后的物質(zhì)就會(huì)對外表現(xiàn)出磁性。
我們可以通過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證：用一塊磁鐵吸引一個(gè)硬幣，這枚硬幣就會(huì)被磁化，別的普通硬幣靠近這枚硬幣就會(huì)被吸引，說明被磁化以后的硬幣表現(xiàn)出了外在的磁性。
銅元素有29個(gè)核外電子，所有電子軌道上的電子都是成雙成對出現(xiàn)的，所以即便是在外加磁場的情況下銅也很難被磁化，也就不會(huì)被吸引。銅的這種性質(zhì)被稱為抗磁性，在許多高科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
鋁元素則非常特殊，這種元素的原子核外有13個(gè)電子，最外層是有孤對電子存在的。在外加磁場的情況下鋁元素的原子會(huì)按照磁感線的方向重新排列，能夠表現(xiàn)出一定的弱磁性，但是還達(dá)不到被吸引的地步。
了解完這些，我們再來簡單了解一下磁鐵的種類以及如何才能讓磁鐵失去磁性。
磁鐵分為兩種，一種是具有永久磁鐵，另一種是非永久磁鐵。從名字上就能看出來，永久磁鐵的磁性能夠保持較長一段時(shí)間，非永久磁鐵過一段時(shí)間就會(huì)發(fā)生消磁。天然磁鐵都是永久磁鐵，人造磁鐵中只有部分銣磁鐵是永久磁鐵。
日常生活中，磁鐵一不小心可能出現(xiàn)消磁現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的本質(zhì)其實(shí)是在外界作用下磁鐵內(nèi)部整齊的磁疇位置發(fā)生改變，磁疇產(chǎn)生的磁場方向不再統(tǒng)一，外在也就不再表現(xiàn)出磁性，高溫或者是猛烈碰撞都很容易讓磁鐵出現(xiàn)這種情況。
軍艦為了預(yù)防磁性水雷，在下水之前也會(huì)對船體進(jìn)行消磁處理。由于并不能用一般的高溫或者是撞擊來給軍艦消磁，所以軍艦普遍采用能夠產(chǎn)生與艦體產(chǎn)生的磁場方向相反的裝置來進(jìn)行消磁。
總的來說，磁鐵和磁性在日常生活中都有著非常廣泛的應(yīng)用。一種物質(zhì)能夠產(chǎn)生磁性的條件非常苛刻，這也就是這么多金屬當(dāng)中只有鐵鈷鎳三種能夠被磁鐵吸引的原因。
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