磁铁为什么有磁性而铝没有（磁铁为何不吸铜或铝）

什么？磁铁的主要成分是什么？It 它也是一种金属。为什么只有磁铁？没有磁性铜和磁性铝？

在日常生活中，我们听说过磁铁，但没听说过磁性铜和磁性铝。玩过磁铁的人可能都知道，磁铁是有磁性的，两个磁铁可以互相吸引，可以磁化非磁性的铁，磁化的铁也是有磁性的。磁铁能磁化铁，但不能磁化铜和铝。为什么？为什么只有磁铁等少数物质具有天然磁性？

为了理解这个问题，让 我们先了解一下与磁性相关的知识。

电磁同源人类对电磁现象的认识历程

早在几千年前，人类就发现了天然磁铁，并对磁铁的磁性有了一定的了解，发现可以用磁铁来指示方向。中国的古人也创造了世界。的之一个引导仪器，——新浪。几千年前，古埃及人就知道尼罗河里有一种泄鱼。之后人类也发现摩擦可以产生静电，古希腊学者泰勒斯和亚里士多德也研究过。

虽然人类很早就发现了与电和磁有关的现象，并对它们有一定的了解，但并不知道它们之间有联系。

时间来到18世纪。1752年，美国物理学家本杰明富兰克林通过风筝实验统一了天电和地电，顺便发明了避雷针，提出了电荷守恒定律。不幸的是，1753年，俄国电工李奇曼为了重复这一实验，被雷电击中身亡。

1820年，奥斯特偶然发现电流可以偏转指南针的方向，这表明电流具有磁效应。1831年，法拉第和亨利发现变化的磁场可以在导线中感应出电流，电磁感应的发现统一了电和磁。麦克斯韦站在巨人的肩膀上，整理了电磁学，提出了麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在，揭示了光也是电磁波。此后，赫兹通过实验证明了电磁波的存在。

麦克斯韦以上

磁和电是同源的，电和磁往往共存。，电和磁并不完全对称。——正电荷和负电荷两种，没有发现磁单极子。

发电机和电动机的发明将人类带入了电力时代，为信息时代的到来铺平了道路。虽然人类认识到电和磁本质上是一样的，但传统的经典力学显然不足以深刻理解电磁现象背后的运行机制。

磁是如何产生的？

因为所有的物质都是由原子构成的，所以要想深入了解磁性的本质，就必须从物质的微观结构入手。既然进入了微观世界，必然会涉及到量子力学。

1897年，汤姆逊在研究阴极射线时发现了电子，正式揭开了电磁本质研究的序幕。原子核内的质子带正电，原子核外的电子带负电。同性电荷相斥，异性电荷相吸，这就是电子与原子核结合的原因。因为它们的数量是对称的，所以整个原子保持电中性。当一个原子失去或获得电子时，它会变成一个带电荷的原子，这种原子叫做离子。

质子和电子都携带一个单位的基本电荷(elemental charge)。只要粒子带电，周围就会有电场。库仑发现两个带电粒子之间的力与距离的平方成反比，这就是库仑 这与万有引力定律非常相似。

磁铁周围存在磁场，那么电场是如何变为磁场的呢？一切都源于物体内部的微观粒子运动。

其实，像电子、质子这样的微观粒子都存在一种叫做自旋的内禀性质（类似于自转），自旋是由粒子的内禀角动量引起的。带电粒子因自旋而产生磁场。，电子还在绕着原子核运动，同样也会产生磁场。类似的，比如地球内部拥有铁质核心，由于地球在自转，于是地球便拥有了磁场。

为了描述磁性，我们引入了磁矩的概念，磁矩大家可以简单理解为带有磁性的基本单元。电子的磁矩分为自旋磁矩与轨道磁矩。原子核内部的质子和中子可以看作一个整体，原子核也被认为拥有自旋，那么原子核就存在自旋磁矩。由于原子核的运动速度较慢，原子核的磁矩不到电子磁矩的千分之一，可以忽略。那么决定原子磁矩的便是核外电子。当原子构成物质时，核外电子的运动轨道会受到限制，使其不能构成一个整体，对外便不显示磁性。可见，最终决定原子磁矩的还是电子的自旋磁矩。

这里有必要提一下，质子和质子都是由三个带分子电荷的夸克组成的。，中子是不带电的，但中子也有很弱的磁矩。事实上，中子和质子是可以相互转换的。

既然原子的磁性与电子有关，那么一个原子是否对外显示磁性，就由它的原子结构来决定了，具体的有点复杂，就不多说了。研究显示，只有特定结构的原子才对外显示磁性。而且当这些磁性原子构成物质时，磁矩并不是按照一定方向规规矩矩排列的，而是犬牙交错，最终在磁矩的相互叠加下，磁性便抵消掉了。经过层层筛选，自然界中就只有铁、钴、镍等金属具有天然磁性了。

为什么磁铁具有磁性？

众所周知，自然界中的大多数物质都是非磁性的，很难被磁化，只有少数金属和金属化合物可以被磁化。磁铁具有天然磁性，但当铜、铝等金属通电后，又会产生磁性。为什么？

下面简单介绍一下磁铁。从广义上讲，磁铁分为永磁体和软磁体。天然磁铁属于永磁体，在常温下磁性不会消失。而电磁铁则是软磁，去掉电流后磁性会逐渐消失。注意，磁体不一定含铁，也可以含有其他成分。通常，当我们说磁铁时，我们指的是永久磁铁。

如图，一个简单的电磁铁。

我之前说过，既然是磁铁，就一定有磁性原子。事实上，一块磁铁也可以分成许多具有磁矩的微小区域，这些区域称为磁畴。磁体中的磁畴是沿一个方向分布的，所以整个磁体对外表现出磁性。通常情况下，磁畴在物体中的分布是随机的，磁场相互抵消。

有在外加磁场的作用下方向趋于一致，才会对外显示磁性，这一过程便是磁化。

铜和铝为什么没有磁性？

那是因为铜属于抗磁性物质，铜原子的磁矩为0，即使外加强磁场，也很难将其磁化。不过当铜通上电流后，铜内部的自由电子在外加电场的作用下定向移动，于是便形成了磁场，铝通电后产生磁场也是这个原因。铝与铜又略有不同，铝属于顺磁性物质，在外加磁场下显示微弱的磁性，不过一般也认为它没有磁性、不能被磁化。

不管是顺磁还是抗磁，它们的磁化率都很低，通常都认为是不可磁化的，便没有磁铜、磁铝一说。而像铁钴镍这一类的铁磁性物质，由于其内部具有磁畴，施加一定强度的磁场，便会被永久磁化。不过铁磁性物质也只有在一定温度范围才存在磁性，当你把磁铁加热到一定温度时，原子的热运动变得剧烈，磁铁的磁性便会消失。

上图为不同材质内的磁矩分布示意图

，从微观角度来看，所有物质内部都存在磁场，只是受物质的结构影响，大多数物质的内部磁场被抵消，宏观上对外不显磁性，或者磁性非常弱。

希望通过上面的介绍，大家能够明白为什么铁等少数物质能够拥有磁性，而铜、铝等物质却没有磁性。关于磁性的内容很复杂，我这里只是简单科普一下，有需要的请看专业书籍。

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