| 来源：科学信仰孙晨 | 2023-06-26 12:58:57 |
磁铁是个很有趣的东西，也是很多人生命中的第一个科学玩具。
只要是铁质的物品就会受到的它的吸引，无论你把它束之高阁多久，它的磁性都不会消失。当我们具备了一些物理常识之后就会发现，磁铁不仅有趣，还非常奇怪，它能够始终保有磁性，将其他铁质物品吸引过来，这是需要能量的，那么磁铁的能量又是从何而来的呢？我们可是从来也没有为它补充过能量呀。如果我们只把目光聚焦在“磁”上，是无论如何也无法找到答案的，因为“磁”不能单独存在，它还有另一半，就是“电”。
(资料图)
电和磁从来都是不可分割的，只要我们拥有电，就可以得到磁，反过来也是一样，只要我们拥有磁，就可以得到电。
磁生电的实验非常简单，我们只需要准备一个线圈和一块磁铁，然后让磁铁在线圈中穿过，线圈就会产生电流。当然，电流并不会平白无故出现，它实际上是由磁铁的动能转化而来的。电生磁的实验同样也非常简单，只需要在一块电池的两端连上导线，然后把导线缠绕在一根铁棒上，再连接一个用电器，之后打开电源，铁棒便具有了磁性，这就是我们常说的电磁铁。
在上面的两个实验中，磁生电是磁铁的动能转化为了电能，电生磁的能量来源则是电池，显然它们都是存在能量来源的，那么磁铁能够保持磁性，能量又是从何而来的呢？
你应该已经有了答案，就是电，不过不是外部的电源，而是磁铁本身的电子。任何物质都是由原子所组成的，原子又是由原子核与核外电子所组成的，而电子存在自旋，磁铁的磁性就是源于电子的自旋。自旋是电子的本质属性，只要自旋不停，磁铁的磁性就不会消失。
“自旋是电子的本质属性”，这话听起来有点不讲理了，难道电子的自旋就不需要能量了吗？
当然不是，只是现在没有办法非常具体地说明电子自旋的能量来源，你可以认为它来自于宇宙诞生的原始力量，比如宇宙大爆炸。等等，既然磁性是源于电子的自旋，那么所有物质都是由原子组成的，都具备电子，为什么只有铁能表现出磁性，而大多数的物质都不行呢？其实也不是只有铁能表现出磁性，还有少数其它物质也可以，比如钴和镍，但大多数的物质的确是无法表现出磁性的。为什么呢？
因为大多数物质的电子都是成对的，而成对的电子的自旋方向必须是相反的。
由于成对电子的自旋方向相反，所以它们所产生的磁性就相互抵消了，因此它们的净磁性为零。净磁性为零的物质本身既不能产生磁性，也无法被磁性物质所吸引。铁就不同了，铁拥有四个不成对的电子，所以它是能够产生磁性的。不过单个铁原子虽然拥有四个不成对的电子，但一个铁块是由大量铁原子组成的，这些铁原子的排列是混乱的，所以它们所产生的磁性也会相互抵消，这就是为什么普通的铁块是没有磁性的。
如果我们把一个铁块放置在磁场之中，那么其中的铁原子就会在磁场的作用下重新排列，所有的铁原子都会指向同一个方向，它们的磁性不会再发生相互抵消，所以铁块就显现出了磁性，这就是磁化。
一块已经被磁化的铁块，即便离开了使其磁化的磁场，磁性也不会消失。这样一块被磁化的铁块就是我们所说的磁铁了。
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