吸铁石能吸住铜是怎么回事「吸铁石为何能吸铁」

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在日常生活中，吸铁石是非常常见的一种物品，很多人小时候都玩过吸铁石。但是为什么我们只听说过吸铁石，却从来没有听说过吸铝石、吸铜石呢？磁铁的磁性究竟是如何产生的呢？

其实，人们口中的吸铁石本身并不是一块石头，也不是纯粹的铁。在古代，人们制造指南针所使用的天然磁铁，大多是由铁的氧化物三氧化二铁以及许多其他杂质组成的。其实吸铁石除了铁以外还能吸引镍钴等金属，但是这两种金属在日常生活中实在是过于罕见，很长一段时间里人们只知道它能够吸铁，所以就直接将其命名为吸铁石并沿用至今。

当时的人们并不清楚磁铁为什么会产生磁力，甚至把磁力看成是一种神力，随着科学的发展特别是电磁感应定律的发现，人们终于发现了磁铁磁力产生的奥秘。

根据安培定律，电流的附近会产生磁场，而且磁场的强度随着电流的变化而变化，电流越大磁场的强度越大。在高中阶段就有利用通电螺线管产生磁场的科学实验，在实验过程中磁场的方向还将遵循右手螺旋定理，随着电流方向的改变而发生改变。在宏观层面，电流会产生磁场，天然的吸铁石没有通电又没有电流，怎么会产生磁力呢？

在了解磁铁内部的电流之前，我们首先要搞清楚为什么家庭输电线中会有电流存在。由于输电线两端存在电压差电势差，有了电势差就会产生相应的电场力，在电场力的作用下电线当中的带电粒子发生定向移动从而产生电流。所以说电流的本质其实就是电荷或者带电粒子的定向移动，也就是说只要存在带电粒子的定向移动就会产生电流。

自然界中任何物质的组成基础都是分子以及更小的原子，原子又是由原子核和核外电子组成的，其中原子核中的质子带正电，核外电子带负电。虽然没有宏观层面那样有电场力作用，但是电子始终是围绕着原子核作高速环绕运动的，在环绕的过程中电子本身还在不停的发生着自转，这种关系就有点像地球绕着太阳公转的同时也在不停地自转。

电子作为一种带电粒子，它在高速运动的过程中就会产生极其微小的磁场，无数个这样微小的磁场相互叠加就会让物质在宏观层面表现出磁性。既然是这样，好像所有物质都是天然的磁体，但事实却并不是这样，这是为什么呢？

要解释清楚这个问题，就需要了解核外电子的运动规律和物质的微观结构。

首先，在绝大多数物质的组成原子当中，电子都是成对存在的，在运动过程中这些电子都必须要遵循泡利不相容原理。通俗来讲，就是处于同一轨道同一能量级的成对电子，他们之间的自旋方向始终是相反的。前面我们说过，磁场产生的方向随着电流方向的改变而改变，所以这样一对运动的电子产生磁场的方向是相反的，会直接相互抵消掉。所以只有元素原子的最外层存在孤对电子，产生的磁场不会被抵消，才有可能会在宏观层面表现出磁性。

为什么这么说呢，因为磁性的产生还与该物质原子的排列有关系。如果排列的不规则，物质内部呈现出杂乱无章的状态，那么单一原子产生的磁场之间就有可能会相互抵消，要想表现出磁性物质内部的原子就必须排列的整齐有序，让单一原子形成的磁场之间相互叠加并且最终表现出外在的磁性。

总的来说，一种物质要想有磁性，需要满足两个条件：一是原子的最外层存在孤对电子，二是组成物质的原子之间排列整齐。然而同时满足这两个要求的物质，在自然界中也仅有铁钴镍等少量金属而已。

研究发现，铁原子有26个核外电子其中最外层有一个孤对电子，钴和镍元素的原子的最外层同样也存在孤对电子。但由于这几种物质内部的微小磁性区域——磁畴的排布是没有规则的，这些小区域产生的磁场之间相互抵消，所以这些金属平时并没有表现出像磁铁一样的磁力。但在外加磁场力的作用下，这些磁畴的磁场方向一致化，也就是被磁化了，被磁化以后的物质就会对外表现出磁性。

我们可以通过这样一个实验来验证：用一块磁铁吸引一个硬币，这枚硬币就会被磁化，别的普通硬币靠近这枚硬币就会被吸引，说明被磁化以后的硬币表现出了外在的磁性。

铜元素有29个核外电子，所有电子轨道上的电子都是成双成对出现的，所以即便是在外加磁场的情况下铜也很难被磁化，也就不会被吸引。铜的这种性质被称为抗磁性，在许多高科技领域有着广泛的应用。

铝元素则非常特殊，这种元素的原子核外有13个电子，最外层是有孤对电子存在的。在外加磁场的情况下铝元素的原子会按照磁感线的方向重新排列，能够表现出一定的弱磁性，但是还达不到被吸引的地步。

了解完这些，我们再来简单了解一下磁铁的种类以及如何才能让磁铁失去磁性。

磁铁分为两种，一种是具有永久磁铁，另一种是非永久磁铁。从名字上就能看出来，永久磁铁的磁性能够保持较长一段时间，非永久磁铁过一段时间就会发生消磁。天然磁铁都是永久磁铁，人造磁铁中只有部分铷磁铁是永久磁铁。

日常生活中，磁铁一不小心可能出现消磁现象，这种现象的本质其实是在外界作用下磁铁内部整齐的磁畴位置发生改变，磁畴产生的磁场方向不再统一，外在也就不再表现出磁性，高温或者是猛烈碰撞都很容易让磁铁出现这种情况。

军舰为了预防磁性水雷，在下水之前也会对船体进行消磁处理。由于并不能用一般的高温或者是撞击来给军舰消磁，所以军舰普遍采用能够产生与舰体产生的磁场方向相反的装置来进行消磁。

总的来说，磁铁和磁性在日常生活中都有着非常广泛的应用。一种物质能够产生磁性的条件非常苛刻，这也就是这么多金属当中只有铁钴镍三种能够被磁铁吸引的原因。