为什么磁铁能吸引铁却不能吸引木头和铝

　　作者：何泽尚 罗会仟

　　1888年2月17日，美籍德国物理学家奥托·斯特恩出生于波兰的兰扎里。斯特恩发展了研究原子和原子核性质的分子束方法，证实了原子磁矩的存在。磁铁之所以能吸引铁，就是因为物质内存在原子磁矩。

　　大家小时候一定玩过磁铁，肯定也发现过这样的现象：磁铁可以吸引铁钉、铁片之类的铁制品，却不能吸引木头桌子或者铝锅，这是为什么呢？

　　要理解固体中的磁性，先要认识电子的量子特性——自旋。就像电荷、质量一样，自旋也是微观粒子的内禀属性，它并不是微观粒子的自转引起的，而是量子化的必然特性。电子自旋会产生自旋磁矩，电子绕原子核运动还会产生轨道磁矩，磁矩的方向垂直于回路平面，磁矩可以看成是一个个小磁针。如果有序排列的原子磁矩大小相同并且方向相同，那么材料整体将体现磁性。

　　实验表明，任何物质在外磁场中都或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。铁是一种铁磁性材料。铁磁性材料中相邻原子或离子的磁矩间存在一定的相互作用（限制），会使某些区域中磁矩大致按同一个方向排列，这样就形成了一个磁畴，磁畴内的磁性非常强。材料内部有许多这样的磁畴，但是不同磁畴的磁矩取向是随机的，材料整体上并不表现出强磁性。磁铁吸引铁的主要原因是铁本身发生了自发磁化，并形成一个自发磁化区即磁畴。铁磁类物质磁化后，内部的磁畴会整齐划一地排列起来，使整体表现出磁性，从而可以被磁铁所吸引。除了铁以外，钴、镍、钆、钕等过渡金属和稀土金属都具有自发磁化性质。撤去磁铁之后，有的铁磁材料仍可保持磁畴有序排列而保留磁性，有的则会很快消失磁性。纯铁的磁性就不容易保持，而掺入一定量的碳等杂质铸成的钢磁性就很好。目前发现最强的永磁体是钕铁硼材料，因其优异的磁性而被称为“磁王”，在现代工业和电子技术中都有着重要的应用。

　　木头内部没有磁畴，其原子中电子磁矩是相互抵消的，当受到外磁场作用时，会产生反抗外磁场的微小磁矩，导致不能被吸引。铝则是一种顺磁性物质，未受磁场作用时，磁矩无序排列，加外磁场之后，磁矩趋向于和外磁场一致，但是一致性没有铁磁性材料强，所以普通磁铁并不能吸引铝块。

　　固体材料的磁性也与材料的温度有关。对于铁磁材料，在一定温度以上，原子的热振动过于剧烈而打乱原来一致排列的磁矩，材料会从铁磁体过渡到顺磁体，对应的温度点叫作居里点。家用的电饭煲就是利用了铁磁体的居里点，当锅中米饭加热到103℃附近时，达到了电饭煲下面的铁磁材料的居里点，退磁后的磁钢片吸引力大大降低，从而自动断开了加热开关，让电饭煲进入保温状态，这样米饭既能煮熟又不会糊掉。

　　关键词：彗星

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