一切物質皆有磁性，理解鐵磁、順磁和反磁的關係

什麼叫做磁性

你還記得小時候你拆掉家裡的音響，從裡面扒下一大塊磁鐵，你興奮至極拿著磁鐵去吸各種鐵製品，凡是能被磁化的東西無一倖免。這時期在我們腦海裡產生了一個深刻的道理，只有鐵才可以被磁化，學校老師也考慮到我們當時的認知水平也是這麼教我們的。但是我們今天要討論的是一切都具有磁性，這將顛覆你的認知，你也可以透過文中的一個小實驗為自己孩子展示磁性的魅力，讓我們開始吧！

對古代人來說，磁力就是魔法。今天，我們終於明白了為什麼有些材料能更好地吸引其他材料。我以前在煤礦工作的時候，經常會聽到機電隊的老電工說一段順口溜：磁生電，電生磁，電磁感應馬達轉！這句話就很好的解釋電磁的共生關係。

我們知道一切物質都是由原子構成的，而原子內部有不斷繞核運動的電子。每個電子都有電荷，當電荷移動時，它在周圍會產生磁場。磁力被定義為由移動的電子引起的電流所產生的力。磁性是空間的屬性，它具有感知磁力的能力。透過觀察磁鐵和磁性材料之間的吸引力和排斥力可以看出這種現象。

Q1、讓我們先簡化一下

所有物體內部都有電子。我們稱電子的電荷為基本電荷，因為所有的電荷都是由它們構成的。基本電荷的值為：1。60217662×10^-19庫倫。

電流是一種電荷流。當電荷移動時，我們稱之為電流。

只要電荷移動，它就會在周圍產生磁場。

Q2、現在，讓我們把事情複雜化

電子不僅在軌道上繞核運動，它們在運動的同時也在軸上自轉稱為自旋。原子中的電子大多成對存在，而這些成對的電子又向相反的方向自旋。一對電子中的一個電子的磁效應抵消了它的夥伴電子的磁效應。當一個原子有未配對的電子時，例如鐵有4個未成對電子，這些電子會產生相互排列的磁場，這樣整個原子就變成了一個小磁鐵。

那為什麼不是所有的東西都具有磁性？事實上，一切物質都是有磁性的。因為移動的電子會產生磁場，而一切都是由電子構成的，所以一切都必須具有磁性。不過，有些材料表現出更強的磁性，有些則表現出十分微弱的磁性。這是為什麼？

Q1、鐵磁性

上文我們已經講過有未配對電子的問題。當這些未配對的電子在沒有外部磁場或電流的情況下依然保持一致時，我們就有了永磁體，稱為鐵磁體。鐵磁體在磁場中會被強磁化，即使磁場被移走，鐵磁體仍然保持磁化狀態。

這就是我們常說的“磁鐵”，因為這種行為最初是在天然鐵礦石（磁鐵礦FeO）中被觀察到。然而，即使是永久鐵磁體的磁性也不是固定不變的。例如，如果你把一個鐵磁體加熱到800°C（~1500°F），它就會失去磁性。

除了鐵之外，還有鎳、釹、鈷和其他一些被發現具有鐵磁性的金屬。今天大多數的強永磁體是由釹製成的。

Q2、順磁性

當我們把一些材料放在磁場中，它們會暫時具有磁性。一旦磁場被移除，這些材料就會回到它們通常的非磁性狀態。大多數非金屬和鋁等金屬都具有順磁性的特性。因為它們的磁性很弱，所以我們在一般情況下不會注意到，這會給我們一種錯覺，認為它們不會被磁化。但有很多方法可以證明它們的弱磁性。其中一種方法是我們後文中會講到的一個小實驗。

在順磁性材料中，原子中的電子具有永久偶極矩的方式自旋。由於熱運動，這些力矩的方向是隨機的。這就是順磁性材料淨磁矩為零的原因。當我們在外磁場中放置順磁性材料時，那些微小的磁偶極子會沿著磁場的方向排列並被磁化。順磁性元素包括鋁、鉑、氧、鋰、鈉、鈣和許多其他元素。

Q3、反磁性

想象一下順磁性的對立面，它應該叫什麼？沒錯！那就是反磁性。鐵磁性和順磁性材料“允許”自己被磁化，而反磁性材料則抵抗和排斥自身之外的磁場。這是因為反磁性材料中微小的磁偶極子排列的方向與外磁場相反。

每個反磁原子的磁矩都是零，因為所有的磁偶極子都是隨機定向的（跟順磁性材料一樣），但是當我們把這樣的材料放在一個強外磁場中，所有的磁偶極子都會對齊，並被外磁場排斥。當我們移除外場時，一切恢復正常。

水還有許多碳基物質是抗磁性的。一些抗磁性的元素包括金，銀，銅，氫，氮，汞，鉛，矽等等。

「敲重點」記住以上三種磁性材料型別的最好方法是，區分鐵磁體和其他型別的磁體。鐵磁體是永久性的，其餘的則不是。順磁性材料和反磁性材料的區別在於，順磁性材料被外場吸引，反磁性材料被排斥，但是一旦我們移除了外場，它們都會失去了磁性。

在我們正常的生活中，我們看不到順磁性和反磁性在起作用。這是因為它們涉及的力量太弱了。但是我們可以透過減少其他阻礙它們運動的力來使它們的磁性顯現出來，首當其衝摩擦力是最大的一個。所以讓我們開始檢測一下順磁性材料（這個小實驗一定要帶著孩子一起做）：

需要準備的實驗工具：

裝水的小盆子

一滴液體洗滌劑

強磁性磁鐵（釹鐵硼磁鐵）或者多組合幾個普通的磁鐵

一小片紙，木頭或軟木

實驗過程：

在裝水的小盆子裡，滴入一滴洗滌劑，這樣會打破水的表面張力。

把你準備的實驗物件放在水中（不是在水裡，而是放在水面）。

將你的磁鐵靠近材料上方（小心不要碰它）

你的材料應該跟隨磁鐵，或者“遠離”這取決於你準備的材料是順磁性的還是反磁性的。

你看到你準備的材料的移動了嗎？這意味著它是具有磁性的！這個實驗可以和孩子一起做，讓孩子真正的認識物質的磁性，而不是我們小時候一直認為的吸鐵，吸鐵，就是吸鐵！！！

做完這個簡單的實驗後，一定要教或提醒你的孩子關於磁鐵（他或她）應該知道的5件事：

Q1. 兩極

每一塊磁鐵都有南北兩極。相反的兩極互相吸引，而相同的兩極互相排斥。

Q2. 總是兩個極點

如果你把一塊磁鐵切成兩半，你會得到兩塊新的磁鐵，每一塊都有兩個磁極。你想切多少次就切多少次，但是總是得到兩個極點。

Q3.磁場

每個磁鐵都會產生磁性。這是圍繞在磁鐵周圍的看不見的場，在鐵屑中可以看到磁性特徵。

Q4.地球是一塊磁鐵

我們的地球是由磁性物質組成的，其效能就像一塊巨大的磁鐵。磁場的南磁極位於地球北極，反之亦然。

Q5.一切都是有磁性的

所有的東西都是磁性的，不能因為我們看不到就認為不存在。這是科學史上屢屢被證實的一個觀點。這個思想一定要給孩子傳達哦！