强磁和普通磁铁怎么分辨（为什么没有磁金）

早在5000年前人类就发现了磁现象的存在，到了战国时期，人们都已经积累了许多这方面的知识。磁石（主要成分是四氧化三铁）也因此被记载下来。《管子》的数篇中就写到：“山上有磁石者，其下有金铜。”

磁石

如今随着科技的发展，磁的应用也更加广泛，磁悬浮、磁共振、甚至曾被提出的“电磁炮”，并且有些司机也会拿一块磁铁放到排气管道外防止回流。但是你知道磁铁为什么具有磁性吗？你真的了解磁铁吗？曾经我就看到过这样一个问题说:有磁铁，为什么没有磁金、磁银，磁铜？

我们常说磁铁又叫吸铁石，顾名思义就是能吸附铁的石头。最初，人们发现了一种可以吸附铁制品的天然矿石——磁铁矿(四氧化三铁)，并经过大量的尝试后，发现这些石头不仅不能吸附金、银、铜等金属，也不能吸引砖瓦之类的物品，只能吸引铁制品。

后来随着磁学的发展，我们把具有吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属的特性的物质叫做磁铁，它是本身具有磁矩的物质。（因为磁矩才是一切磁现象的本源）所以说磁铁并不是铁，它只是一类物质的统称，也就别提什么磁金、磁银了。

磁铁磁场

其实世间万物都有磁性，不管是我们身边的书桌板凳还是组成物质的分子原子，甚至行星都具有磁性。只是有些物质对外显磁性，有些物质对外不显磁性罢了。

谈及磁的本原问题就要从物质的本原说起，都知道物质是由分子原子组成，在原子的内部又含有原子核和大量的电子。在原子内部的这些电子会发生自旋运动和围绕原子核的轨道运动。

原子的内部结构

这里我曾经看到过这样一个例子，他把原子核比作太阳，核外电子比作绕太阳运动的行星(但是要注意的是核外电子做的是无规则运动)，所以电子的自旋就好比地球的自转，电子的轨道运动就好比地球公转。

电子“自转”和“公转”都会产生磁矩(磁铁的一种物理性质)，其中自旋产生的称为自旋磁矩，绕核运动产生的叫做轨道磁矩。

磁矩是一个具有方向的矢量，磁铁的磁矩方向是从磁铁的指南极指向指北极，大小则取决于磁铁的磁性与量值。

虽然说电子都是一样的，电子磁矩也应该一样，但是由于原子，分子的种类不同，甚至是原子、分子的排列顺序不同就导致了物质磁性的差别。在学术上我们按照物质的磁性特征把物质大致分为顺磁质、抗磁质、铁磁质三类，统称为磁介质。

如果在一个外磁场B中放入介质，而介质中的分子(或原子)中都存在着运动的电荷，运动电荷将受到磁力的作用而使物质处于一种特殊的状态，处于特殊状态的物质又会反过来影响磁场的分布，即磁化。受到磁化后的介质会产生一个附加磁场B'，磁介质中的磁场B''为外磁场B与附加磁场B'的叠加结果。有的磁介质中的磁场要比外磁场大些，有的则比外磁场小些，实验发现对均匀磁化的磁介质，磁介质中的磁场和外磁场的关系为B''=μB，μ叫做介质的相对磁导率。

• 顺磁质

顾名思义，这种物质会顺应磁场的变化，也就是附加磁场与外磁场同向，使磁化后介质中的磁场B''大于原磁场B，但两者大小相差很少，也就是说相对磁导率μ是比1稍大些的常数。铝、铬、锰、氮气、空气这些都是是顺磁质。

• 抗磁质

和顺磁性物质刚好相反，抗磁质会抵抗磁场的变化，也就是说磁化后附加磁场与外磁场反向，磁化后介质中的磁场B''小于原磁场B，这两者的大小相差也很少，μ就是比1稍小些的常数。铋、铜、银、氢等是抗磁质。

• 铁磁质

这个就厉害了，它磁化后，附加磁场与外磁场也是同向，但不同的是它可以让磁化后的磁场翻上千倍，甚至是上万倍。也就是说这种物质的相对磁导率μ远远大于1，而且这个μ还不是一个常数，它与原磁场B有关(上边两个的μ都是常数)。

一些铁磁质的相对磁导率

像铁、镍、钴这样的金属就属于是铁磁质，它们的原子结构特殊。

除此之外，铁磁质还有以下几个特点:

1. 随着外磁场B的增加，介质内B‘’也增加，但B‘’与B不成线性关系，也就是上面说的μ不为常数。当达到饱和时，B‘’几乎不再增大，我们称之为磁饱和。
2. 铁磁质一旦磁化后再去掉外磁场，铁磁质仍保留部分磁性，这种现象称为剩磁（部分人造磁铁就是利用剩磁较大的原理）。当反向磁场强度的大小达到H。时，铁芯中的B才等于零，这时的磁场强度H。称为矫顽力。
3. 如果对铁磁质加热，当铁磁质的温度高于某个临界温度T。(铁磁相变的临界温度，称为居里点)时，它就转变成了顺磁质。后面会讲到原理

磁滞曲线——铁磁质在外磁场H下的B-H曲线图

顺磁质、抗磁质及铁磁质的磁化机制

根据上面的内容我们了解了顺磁质、抗磁质和铁磁质的根本区别，但是还是没讲为什么会这样，这里我来系统的解释一些。

磁矩是其中的关键！

上面说了原子内的核外电子会发生“自转”和“公转”，正因为电子自身的这种“自转”和“公转”，所以在原子中会同时产生两种磁矩，自旋磁矩m（自）和轨道磁矩m（轨）。加一起就是一个电子的总磁矩m总=m轨 m自

电子的自旋与磁性

那么原子(分子)中的的总磁矩就是这两种磁矩的矢量和，即m分≈∑m总= ∑m轨 ∑m自

由于有的物质是由分子组成，所以加个括号！

电子的自转会使电子本身具有磁性，成为一个小小的磁铁，具有N极和S极。这里也可以类比地球，地球的自转形成了地磁场，那么电子的自转也可以形成一个电子磁场。同时电子的公转也会产生磁场，这就是好比是一个闭合的电流回路产生磁场(电流的磁效应)。这样一来原子是不是就带有了磁场呢？并不是的！

比如抗磁质，组成它的分子或原子的固有磁矩就为零。下面会介绍(补充:固有磁矩就是分子或原子的总磁矩)

如果把一种磁介质放入外磁场中，就会出现两种效应:一种是原子(分子)的固有磁矩在外磁场作用下受到力矩作用时，就会使原子(分子)的固有磁矩转向与外磁场B的方向大致相同，使得磁介质中磁场要加强，我们称之为顺磁效应。另一种是当磁介质进入外加磁场时，电子轨道运动也要产生一个附加磁矩△m，并且可以证明这个附加磁矩的方向总与外磁场B的方向相反，削弱了外磁场，我们称之为抗磁效应。

对抗磁效应的解释

这里可以发现

前者——顺磁效应是由原子(分子)的固有磁矩(总磁矩)决定的。而固有磁矩是可以为0的，为什么呢？想想看，其实电子的自旋方向是有上下两种的，在大多数物质中，具有向上自转和向下自转的电子数目几乎差不多，它们产生的自旋磁矩就会互相抵消，而且电子的轨道磁矩也会因“公转”方向不同而相互抵消，所以最后表现出来的固有磁矩只剩下很少一部分甚至为零。

后者——抗磁效应则是由电子的轨道磁矩决定的，也可以说是原子中所有电子的轨道磁矩决定的，在外磁场的作用下，这个磁矩永远不会为0，因为原子都会有电子。这就意味着不管什么介质放入磁场中都会产生抗磁效应！

• 对于顺磁质，它的固有磁矩并不为零，所以它内部原子(分子)的磁化就是由顺磁效应和抗磁效应共同实现的，但其中顺磁效应比抗磁效应强得多，所以总体上就显示顺磁性。

• 对于抗磁质，因为它的原子(分子)固有磁矩m分=0，即原子(分子)不显磁性，也就没有顺磁效应，但是当磁介质加入到外磁场中时，电子轨道运动仍要产生附加磁矩，即抗磁效应，所以总体就会显示抗磁性。

那么为什么单单铁磁质可以使磁场变为原来的成千上万倍？

这就是自旋磁矩在作怪了。

刚才说了，大多数物质中电子自旋方向相反的数量差不多，就会抵消很多。但是在铁、钴、镍这样的铁磁性物质中可不是这样，因为组成这些物质的原子(分子)内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来，形成一个自发磁化区，称作磁畴(包含上千亿甚至上亿亿个原子，可以看做是一个小磁针)。比如说顺磁质本来是要在外加磁场的条件下才能实现磁化（使磁矩发生偏转以影响原磁场），现在铁磁质自发就能进行了，不过这只是一个个的小区域。

现在把铁磁质放入外磁场时，其内部的磁畴就会整整齐齐、方向一致地排列起来，使磁性大大加强。磁铁的吸铁过程也就是对铁块的磁化过程，被磁化的铁块磁筹方向和磁铁的磁场方向相同，不同极性间产生吸引力，铁块就牢牢地与磁铁“粘”在一起了。

现在也可以很好的解释为什么有的物质不显磁性，有的物质显磁性了。总体可以分为两类:

1. 该物质本身的固有磁矩就为零，也就是说组成这个物质的原子或分子的磁性都为零，那它本身自然也就没有磁性了。
2. 物质自身的固有磁矩并不为零，比如铁，它内部有很多磁筹(小磁针)，但是由于宏观物体上很多磁筹杂乱无章的排列，相互抵消也就使其本身不显磁性了。

上面说的随着温度的升高，铁磁质可以变为顺磁质也是由于磁筹的作用。当温度达到居里温度时，热运动使磁矩平行排列成为不可能，破坏了电子自旋的排列，也就是自发磁化区没了，不能自发磁化了，电子的自旋也变得杂乱无章了，互相抵消就成了顺磁质那样，铁磁性就消失了。

我们回过头来再看看这句话:磁铁是本身具有磁矩的物质。所以才说磁矩是一切磁性的本原。

到目前为止，磁的这些知识点算是讲清楚了，下面讲点简单的！

永久性磁铁和非永久性磁铁

磁铁可分作“永久性磁铁”与“非永久性磁铁”。

什么叫永久磁铁？

顾名思义就是没有外加磁场下，能够长久保持自身磁性的物体。一般可以保持10年以上。在古代永久磁铁都是天然产物，又称天然磁石，但是科技发达的今天人工也可以制造永久磁铁了。

永久磁铁又可分为两大类

• 金属合金磁铁

包括钐钴磁铁(SmCo)、铝镍钴磁铁（ALNiCO）、铁铬钴磁铁（FeCrCo)等

其中铁铬钴磁铁被称为永磁铁中的变形金刚，合金永磁可变形之最，可以拉丝（0.2-0.3mm）拉管轧带以及各种机械加工，能制成各种形状复杂的永磁元件，尤其对细小、长薄元件显示出独有的特性。最薄的带材可以达到0.05mm，最细的丝材可以加工成到0.1mm。

• 铁氧体永磁铁

钕铁硼磁铁（Nd2Fe14B）、钐钴（SmCo）、铝镍钴磁铁等

古代最先发现的磁石（四氧化三铁）也属于铁氧体永磁铁。

目前最为广泛应用的就是钕铁硼磁铁和铁氧体永磁铁！

钕铁硼强磁

什么叫做非永久性磁铁？

非永久性磁铁是指只有在某些条件下会有磁性的磁铁，一般是为电磁铁，也就是利用电流来强化磁场产生的磁铁。

圆盘形电磁铁，通电后可吸80千克

世界上最强的磁铁

目前世界上最强的磁铁就是稀土类磁铁，其中钕铁硼磁铁被称为“磁王”，能吸起相当于自身重量640倍的重物。到底有多强，我就直接上图了。

哑铃片一下三块，还不会掉

小小的两块合到一起，实验人员用了老大劲才拿开

直接把自己干碎了

钕铁硼永磁材料由于其优异的磁性能和较高的性价比，自问世以来，就广泛应用于航空航天，电子，机电，仪器仪表，医疗等领域。而且非技术领域使用也越来越广泛，如吸附磁铁，玩具，首饰等。迅速成为稀土永磁市场中的主导者，其产值占据世界稀土永磁材料产值的90%。

虽说钕铁硼磁铁是“磁王”，但是在200摄氏度以上的环境中，钐钴才是最强力的磁铁。所以说选用磁铁还要根据条件来选用。

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最后，希望这篇4000字的文章可以让大家真正的了解磁的本质，不懂得可以在下方留言哦！

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