如果你把两块木头放在一起......不会发生什么特别的事情。这个故事不会因为石头而改变。但将两块铁结合起来，真正的魔法——或者更确切地说是磁性——就会出现！磁性物体具有从远处相互吸引的独特能力。但这种神奇的吸引力从何而来呢？一切都与电力有关。电和磁是同一枚硬币的两面，可以相互转化，尤其是当带电粒子开始移动时。

当电流通过电线时，它会影响罗盘指针的位置。同样，地壳中移动的带电粒子产生了我们星球的地磁场。但是，我们如何解释没有可见电子运动的普通磁铁或罗盘针的磁性呢？

那里真的没有电流吗？毕竟，在微观层面上，电子在原子和分子周围“竞赛”*。正是这种微观运动决定了物体的磁性行为。我们看到的现象是单个粒子、原子及其聚集体作用的结果。

这些永磁体实际上是量子现象。正如粒子具有质量和电荷等基本属性一样，它们也具有“内磁矩”。这本质上意味着带电粒子也是磁铁。

但为什么它们是磁铁呢？这与为什么粒子带电荷或为什么具有能量的物体会被重力吸引是同一个问题。有些事情仍然是个谜。

我们认为这些宇宙法则是理所当然的。自20世纪20年代以来，我们意识到每个电子或质子都是一种“迷你磁铁”。将原子想象为带正电的质子的集合，带负电的电子围绕其“旋转”。

有趣的事实：质子的磁性比电子弱 1000 倍。这意味着原子核对其磁性特性几乎没有影响。可以假设不断移动的电子会产生磁场，就像电线中的电流一样。就是这样！但大多数“轨道”磁场实际上并不影响原子的磁性。原子中的电子沿着量子力学确定的复杂路径移动。如果您深入研究这个主题，就会发现原子内部电子的磁场在大多数情况下会相互抵消。

原子中的电子形成对，它们的小磁铁指向相反的方向，相互抵消。但在原子的半填充壳层中，电子保持不成对状态，它们的磁铁指向一个方向，从而增强了原子的磁场。这是元素周期表中间区块的原子中常见的结构：例如镍、钴或铁。

然而，有趣的一点是：并不是所有由磁性原子组成的物质都具有磁性。原子如何在晶体结构水平上相互作用？它们可以沿相同方向或相反方向排列磁场，具体取决于从能量角度来看哪个选项“更便宜”。

铬在原子水平上具有高磁性。然而，在固态下，由于其反铁磁特性，这些特性并不那么明显。另一方面，铁是铁磁材料的一个主要例子。

然而，即使在原子磁场排列在一起的磁性材料中，它们的方向也可能存在有趣的变化。发生这种情况是因为材料被分成许多磁域。在每个域中，原子可以沿特定方向取向，并且所有这些域在材料内彼此相邻。

将每个域视为一个微型“磁王国”。如果每个这样的王国具有相同的强度和大小，那么材料的整体磁场可能仍然不确定。然而，通过施加外部磁场，可以增强其中一个磁域，使其能够主导并扩大对邻近磁域的影响。这个过程可以使所有磁畴沿同一方向排列，从而赋予材料强大的磁性。因此，当给予适当的外部影响时，诸如铁之类的磁性材料可以增强其磁性。

磁性是物质的一种令人惊奇的特性，它使我们有机会观察自然世界中发挥作用的量子力学。每块永磁体都证明量子现象不仅限于微观世界。

对于具有磁性的材料，其磁畴必须按一定顺序定向。这些磁畴是原子排列的区域，使得它们的磁矩相互增强。原子水平上磁性的一个重要条件是原子外壳中存在不成对的电子。正是这些不成对的电子产生了原子的整体磁矩。

然而，并非所有具有此类原子的材料都是磁铁。许多因素，例如原子之间的相互作用和晶体结构的特征，决定了材料的整体磁性。

有趣的事实：您可以通过另一种方式创建磁场 - 让电流通过导体。这个磁场从何而来，以及它与电、相对论和光速的关系是一个需要深入研究的话题，我们将在以后的文章中介绍。

我们一头扎进了奇妙的磁学世界，一路上发现了原子、量子力学甚至宇宙之间的神秘联系。这个话题无疑值得关注和研究。