03.07 为什么只有吸铁的磁铁,没有磁铜或磁铝呢?

战斗鸡中的超级无敌


在日常生活中,我们听过磁铁,却没有听过磁铜、磁铝。玩过磁铁的可能都知道,磁铁具有磁性,两块磁铁之间可以相互吸引,且能够将不具备磁性的铁磁化,被磁化后的铁也带有磁性。磁铁能够磁化铁,却不能磁化铜和铝,这是为什么呢?为什么只有磁铁等少数物质具有天然磁性呢?

为了弄明白这个问题,我们先来了解一下,与磁相关的知识。

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认识,发现能够利用磁铁指示方向,我国古人还制成了世界上第一个指南仪——司南。几千年前的古埃及人就知道尼罗河中有一种会放电的鱼。在此之后,人类还发现摩擦会产生静电,古希腊学者泰勒斯、亚里士多德还对此进行了研究。


人类虽然很早就发现了与电、磁相关的现象,并对它们有了一定的认识,但并不知道它们之间存在联系。

时间来到了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与地电,还顺便发明了避雷针,并提出了电荷守恒定律。可惜的是,1753年俄国电学家利赫曼为了重复这个实验,不幸被雷劈死。


1820年,奥斯特意外发现电流能够偏转指南针的方向,这表明电流具有磁效应;1831年,法拉第与亨利发现变化的磁场能够使导线中产生感应电流,电磁感应现象的发现将电和磁统一了起来。麦克斯韦站在巨人的肩上,对电磁学加以整理,提出了麦克斯韦方程组,并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。

上图麦克斯韦

磁和电是同源的,电和磁往往是同时存在的。不过电和磁并不完全对称,电荷存在两种——正电荷和负电荷,却并没有发现磁单极子。


发电机和电动机的发明使人类进入了电力时代,为信息时代的到来铺平了道路。人类虽然认识到电和磁在本质上是一样的,但要想深刻理解电磁现象背后的运作机理,传统的经典力学显然不够用了。

磁是如何产生的?

因为物质都是由原子构成的,要想对磁性的本质做一个深入的了解,就必须要从物质的微观结构说起。既然进入了微观世界,那么就必然要涉及到量子力学。

1897年,汤姆逊在研究阴极射线的时候发现了电子,正式揭开了电磁本质的研究。原子核中的质子带正电,核外电子带负电,同性相斥,异性相吸,电子就是因此才与原子核结合在一起的。因为它们的数量是对称的,于是整个原子保持电中性。当原子失去或者得到电子之后,就会转变为带电的原子,称之为离子。


质子和电子都带有一个单位的基本电荷(元电荷)。粒子只要带有电荷,周围就会存在电场。库仑发现,两个带电粒子之间的作用力与距离的平方成反比关系,这就是关于静电力的库仑定律,与万有引力定律很相似。

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。此外,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,因此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,因此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有分子电荷的夸克构成的,一般而言中子不带电,不过中子也存在非常微弱的磁矩。实际上,中子和质子可以相互转换。

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,自然界中绝大多数物质都是没有磁性的,并且也很难被磁化,只有少数金属和金属化合物可以被磁化。磁铁具有天然的磁性,可当铜、铝等金属通电后又会产生磁性,这是为什么呢?

这里介绍一下磁铁,广义上的磁铁分为永磁和软磁,天然磁铁就属于永磁,常温下磁性并不会消失;而电磁铁则属于软磁,去掉电流后磁性就会慢慢消失。注意,磁铁并不一定就含有铁,还可能是其它成分。通常我们所说的磁铁是指永磁。


如图所示,一个简单的电磁铁。

前面已经说过了,既然是磁铁,就必然存在磁性原子。其实磁铁中还可以分成许多微小的带有磁矩的区域,这被称之为磁畴。磁铁中的磁畴沿一个方向分布,于是整个磁铁便对外显示磁性。通常物体内的磁畴分布是随意的,磁场互相抵消,只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,因此便没有磁铜、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

结语

综上所述,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。


科学探索菌


先打破一下题主的想象力,磁铜和磁铝有何难求?凡是能导电的金属,插上电源,让其导电,就可以拥有磁性,能使得指南针发生偏转!难道同学们忘了,我们踩在脚下的地球,本身也具有地磁性,可它明显不是一个纯铁球吧。

电磁同源

好了,回到问题的解决上来,其实问题很简单,我们只要解决——磁场从哪里来?就能明白,日常生活中,我们通常使用的为什么是磁铁,而不是什么磁铜和磁铝了。

物理学史上,一牛二爱三麦的大名你不能不知道,而把电和磁一举拿下,梳理得妥妥帖帖的人,正是麦克斯韦。麦克斯韦的伟大,就是告诉了我们,其实电和磁在本质上是一回事。

开头我已经说过了,想要有磁性,没有什么不是让导体通电不能解决的,如果不行,请加大电流,就在于此。

永磁体的奥秘

题主这时候,一定会抗议了,我指的是不通电的情况,谁有事没事给自己电疗?杨永信老师附体了也不玩这个!

好吧,我明白你的意思了,电线可以收起来,让我们进入微观粒子的世界!

二十世纪二十年代,科学家们其实已经知道电子和质子的存在了。一个原子大体上是一群带正电荷的质子,质子周围有一群带负电的电子绕其旋转。而根据观测,质子的微磁性比电子的微磁性,要弱近千倍!所以,原子核对于整个原子的磁性来说,几乎没有影响。要理清头绪,我们要把目光聚焦到电子身上。

量子力学告诉我们,只有具备半满的外层电子层结构的元素,它们形成的原子才具有磁性,从元素周期表中,我们知道,镍、钴、铁、锰、铬等等符合这个设定。

但真实情况并非如此简单,单个原子的磁性,不代表由该种原子组成的物质也有磁性,例如,铬就是最反磁性的物质。

想要获得稳定的磁性,除了半满外层电子层结构出身之外,还得具备磁场同方向排成一列的晶体结构!

所以,经过层层筛选,具备天然磁性的幸运儿,在自然界中真不多,只有镍、钴、铁等聊聊几种而已。

结语

至于,题主会不会再想了解一下,电子为何带电荷以及自身微磁属性的来源呢?

很遗憾,这次是真没答案了。量子力学到这个层面,就瞎了。

人类啊,还差得远呢。


猫先生内涵科普


光热与电互转及导体

热的本质是电,即原子核外带负电的电子吸动力自然变为本身电力,使带负电的电子上包裹的扁圆柱平行电力线和外套的椭圆球交电力线,当达到饱和时,该电力线自然变为透明体仍然包裹在电子上,电子此时状态就叫光子,单光子透明体以8次/秒的速度不停的甩掉带负电的光与热,对于其中的热,第一次甩掉的单体热个数巨大,并且每次甩热个数随甩热次数递减的,单体热的体积相等,它是米粒大的蜂窝状单体,它能挤压变形体积变小,当松开恢复原状,这些性质近似于棉花。这些带负电的单体热(叫单体热能或者叫单体火)具有将原子核上包裹的平行电力线和外套的球交电力线上的负电部分电力线分解,变化为与它本身同性质的负电热。这就是带负电的电子用电能转化为热能的过程。原子上还有一种靠在原子核边电力线即平面扇子形平行电力线和外套相垂直的中间凸起圆交电力线,紧靠原子核边, 当达到饱和时移动出去,保持原状成为自由的核能,由于这是原子核外得失电子后,部分电子在原子边做简谐运动,发出的微小电力线靠在原子核边,所以叫离子电力线,它也是有平行部分电力线和外套的部分电力线交于一点圆心即圆交电力线,这两部分构成,也是一个完整的微小电场,对于它饱和成为自由核能情况下,它可以结合成串构成造大型的造磁体电力线,这时的它当微体结合串用的理解为核能。对于夸克粒子上包裹的电力线,对于夸克本身它是一个完整的微小电场,若它饱和吐出成自由核能,这些核能结合为庞大电造天体电力线,此时情况下这些吐出的微电力线理解为核能。热碰上原子核上的电力线,将它分解化为与它同性质的热,这就是电能转化为热能的原理。电能即核能是自由单体,有正与电负电之分,如正离子核能、负离子核能。正电热或负电热若碰上夸克上包裹的正或负电力线时,就会将正电或负电的热变为与热同性质的电力,用来加大该电力线饱和程度,催化快速饱和吐出成核能,这就是热变为夸克核能,即热变化为微小电场,微小的单体电能就是核能,有规律排列的电力线就是电极,所以说微小电力线、单体电能、核能、电极它们的的实质都是一种意义。夸克具有正负之分,同样它的核能就有正夸克核能、负夸克核能,正电极、负电极,正微小电场、负微小电场。这些核能都是某形状的平行电力线和外套的某形状的球交电力线微小单体,不同形状微小相套电力线就是不同的单体核能。对于热同样也是自由的单体,有正电热与负电热,这也叫热能,它是米粒大的蜂窝状有弹性的椭圆体,这就是一个热能体。

热转电

对于热转化为电,它是靠夸克上的包裹电力线,正电力线部分碰上正热能,就会将热变为包裹体上的正电力线上的电力。同样夸克上的包裹电力线负电部分,碰上负电热能,就会将热能变为包裹体上的负电线的电力。这就是热能靠夸克粒子上的包裹体(不饱和的核能)转化电能的。这就是说自由的热能,通过夸克上包裹的不饱和的核能,变成夸克的饱和的核能即夸克自由核能。核能就是微小电力线,因为有规律排列的多个电力线叫电极,又所有的核能都是有规律排列的相套电力线,所以说所有的核能都是不同形状的微小相套电极,也叫微小组合电极。电极分多种,它们的形状都以包裹的粒子形状相似。

电的术语

电极:解释为多个有规律排列的电力线。

核能;解释为在粒子上包裹的某形状平行电力线和它的外套某形状球交电力线,当达到饱和时吐出为自由的核能。由于某小粒子绕大粒子转,发射出与大粒子形状相似的相套电力线包裹在大粒子上,这里将大粒子当核,又电力线包裹在大粒子上并且饱和时吐出成自由体,所以这个自由体叫“核能”它是微小相套电力线也叫微“电极”或微“电能”单体,由于它是微小整体相套电力线,所以也叫一个微小“电场”。

电场:所谓电场是指完整的电力线,对大小无关,只要它是某形状的平行电力线和它外套的某形状球交电力线为标准,这个电力线特点是两个电力线重合相套,中间是平行部分的正负电反方向电力线,外围是球交电部分的向中心吸力电力线。这样的电力线就是电场。有大的像天体的尺寸,这些造天体电力线,是微小的扭曲平行电力线和它的外套的扭曲球交电力线,造天体的每根电力线,就是这种形状的核能结合成的串,这些串构成了大的电场。有中的像海洋水面飓风旋转力,使水分子顺旋转力运动聚集核能,发出的中间平行电力线向上空推水,和外套的球交电力线向旋转面中心吸水,这个电力线就是电场。它有小的像微观粒子上包裹的这样电力线,即像包裹的粒子模样平行电力线和它外套的粒子模样球交电力线,这个在粒子上包裹的电力线就是电场,这个电力线饱和时移动出去保持原状,成为自由的核能,这个脱离粒子的饱和电力线是一个微小核能,它也是一个微小电场。这样的微小电场不知道有多少种形状,这是因为不多少形状的粒子,从知道的来说,如原子核上自然包裹的一种是圆柱平行电力线和外套的球交电力线,这就是微小电场。它在造磁体时,还能存在另一种紧靠原子核边的电力线,它是扇子形平面平行电力线和它外套的中间凸起的平面圆交电力线,这也是电场。电子上包裹的扁圆柱平行电力线和它外套的椭圆球交电力线,这也是电场。夸克上包裹的扭曲平行电力线和它外套扭曲球交电力线,这也是电场。绕夸克转的电微子上包裹的双扭曲平行电力线和它外套的双扭曲球交电力线,这也是电场。这些微小电场除原子核上包裹电力线结合分子,和电子上包裹的电力线变光子上的透明体之外,其它电力线饱和时都能移动出去,成为自由核能。

热能:解释为正负光子甩掉的单体热,它是一个蜂窝形状并且压缩变形,松开压力回复原状,近似于棉花的压缩性。“单体热”也叫单体“热能”或者它结合同性质(正电或负电)的光为“单体火”,它的规律是一个“单体光”配一个“单体热”成为一个“单体火”。

单体光:解释为正或负光子甩掉的光热,其中光是一个亮点,它的形状是以一微体向四面八方均匀发射的明丝,这些接近相等的明丝组成圆成球体,这就是单光体,它不停的发光,当单光子上甩完光热时,这些甩到空间的光单体就停止发光了。

火:解释为,单光子甩掉的合体光热,这就是“火”。火的形状是球形状的单体光处在蜂窝形状的单体热的正中心,由于正电或负电的单光子在甩光热的过程中,某光热单体即火受到振动,不慎从单体热的蜂窝形状中心掉出球形状的单体光,就在这掉出瞬间,单体光以光速朝顺风方向飞去,若在真空里,这个单体光以更快的光速朝甩光方向飞去,单体光具有方向性。由于光比热速度快,所以刚刚甩出的光热时,单体光早已按某方向飞去,而热却留下,若碰上稍微不定的微力时,就要沿着微力方向飞去,该区域无力存在时,单体热缓慢向四周扩散。光与热不能相互转化。光与热只有并列存在于正进行发光的过程中,光先跑掉 热缓慢散开,所以人用的燃料着完后,看不见明光时还感觉有温度,这就是只剩下的余热缓慢扩散原因。它近似于打雷闪电,先看到闪电后听到雷声,闪电属于光,光速快先看到,声速慢后听到。单体光与单体热不能互转即光与热不能相互转化,单光热合体、单体热、单体光都能与电相互转化。

单纯的力是不存在的,谈到力只有涉及到力线,力的都是直线形的,如重力线、磁力线、电力线,这些每单位面积上的垂直通过的力线根数就是力线的密度,力线密度与力的大小成正比,力线有一定的方向。无论那种力都是直线,虽然飓风力外观是圆形的力,实质上它也是直线,这种直线就是圆周曲线的切线,它是在圆周上的无数切线力组成的圆周运动力,所以说飓风旋转力是有规律排列的直线力组合。只要是曲线力,都是有规律排列在曲上的切线力。曲线力形状不同,它的切线力排列方式不同,总之它的切点集合就是该曲线。力是力线的表达大小方法,它是密不可分的。谈力线就得知道力大小,力的方向是自然直观感受到的。若重力,由于重力线都交于球心,所以是地球上重力线是球交力线,地球太大,为了方便了解重力线,可将它看成平行重力线,这个力线产生的力就是万物都吸的重力, 从自由落体可直观看到它的重力线方向是向下的,那么重力线区域的重力必然是向下的。同样磁力,是磁力线对磁体或与磁体同元素结合的物质,使它沿着磁力方向运动,这种现象直观看到磁力线的方向。同样电力是带电物质或带电微粒,进入它的异性电力线区域内,它自然的沿着电力线方向运动,直观的看到电力线方向。综合上述所有的力线都是直的。有规律排列的力线产生出的力,不一定是直的,它是随排列的力线(直的)上产生的组合力即曲线力。单纯力线上的力,是随力线形状是直的。组合力线产生的力,其对应着这些组合力线的形状,组合力线的形状是曲线,曲线上产生出的复合力也是曲线力。什么样的形状力线,产生什么样的力,反过来,若出现某形状的曲线力力,那么该曲线力就是多个直线力按某规律排列的组合形状。如导线无论怎么无规律的弯曲,它的每部分都可以近似于某形状的曲线力,这里有一个规律,在同一系统的导线,组成曲线力的各个组合直线力大小都相等,方向为各曲线上的切线方向。导体上的电子运动,导体上显然存在正电力线才使电子运动,由于开始时切割磁力线运动的导体上的电子,受到组成磁力线的微小核能上的圆交电力线圆心吸力,这个中心凸起的圆交电力线与它相套的平行电力线相垂直,并且这个圆交电力线是正负相邻均匀掺杂排列的,它掺杂的那部分正电力线对稍微加力的导体电子产生异性相吸,使导体电子运动,所以说切割磁力线运动的导体产生电流就是这些原因。这些电子在各种曲线导体上经过原子核边运动,同时原子核中心发出单独的曲边圆交电力线,并且这些电力线是正负相邻均匀掺杂排列的电力线,它的来历是本导体上电子顺导体形状运动,在导体上的原子核趋近于中心处,聚集核能并在平面四面八方发出正负相邻均匀掺杂排列的电力线,这些电力线组成了曲边圆,叫曲边圆交电力线,并且包裹在原子核上,它,它是以原子核为圆心的曲边圆交正负掺杂电力线,这些电力线的正电部分对电子有吸力作用。这个电力线上的曲边原因是电子运动到原子核边,原子核对电子总得表现吸一下,就这样原子核上发出的电力线就显出曲边现象。在电子运动时,这个套在原子核上的曲边圆所在的平面,与电流运动线是平行的。导体上电子产生运动就是这些原子核上的电力线吸力原因。电力线对电子的力,就是曲线导体上的电流力,因为组成导体的原子是均匀的,所以导体上的电力线密度处处相等,它的电子运动力也处处相等,电子运动力就是电流力。


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这个问题,或是怎样认识有关“场”现象及其存在物质因子的问题。其实,所有物质的核变化都是空间性变化所诱导的结果;或者说,一切物质性质都是来源于对深度空间具备锁定能力而存在相应的结果一一物质性质,即元素的来源。正如氧元素与氢元素的构建方式贯穿于整个宇宙的物质态生成形式,才赋予生命形态生理上的广泛所依赖的水体因素;或层次化的物态及其能量性表达与传输方式离不开水分子,这样的活跃性载体,其依赖的关系性就这样以自然方式而给定下来啰。氢是核变的基础性物质表现方式,而氧为空间各样物质发生核衰变提供当量式的空间诱导环境,就是显而易见的事啰。同样的道理,铁元素(Fe26)的存在方式所对应的氧元素(O8*3十He)所串联起来的物质关系及其所能提供的效应式空间诱导形式,便构成了它们对微观世界运行方式具备其广泛式的相应串联方式;“场”现象所体现的物流痕迹就是以这样方式体现其强弱性质。铁元素的组合形式所体现的强磁体现象就是如此,其与其它物质组构形式具有深度且持续的循环性体现痕迹(153846)就是这样地以环境性条件生成并具备其特征性。


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磁铁一词的意思就是带有磁性的铁块,不过现代研究发现除了铁元素外,钴、镍也具有磁性,从而也常作为制备磁铁的原材料。



古代的磁石都是天然的磁性物质,成分主要就是三氧化二铁,所以就叫磁石为磁铁了。即便是磁铁可以对钴镍有吸引力,也就这么按照最初的名字叫了。至于铜和铝因为它们本身不具备磁性,所以根本就无法使用磁力对它们吸引,也无法利用它们制备永久性磁铁,故而没有磁铜或者磁铝。



当然了,虽然铜铝不具备磁性,无法对它们磁化制备永久性磁性材料,但是我们却可以利用它们的导电性制备临时性磁感线圈。根据电磁定律,当线圈中有电流通过时就可以产生出来相应的感应磁场。那么利用铜或者铝导线制备的导电线圈,也是可以产生磁场的。



现实生活中就有很多铜线绕成的磁感线圈,比如电动机。不过这种通电产生的磁场不是永久性的,电流一旦消失磁场也就消失了,所以科学家也没必要给这种线圈起名为磁铜或者磁铝。



这里再说一个小知识,磁场是一种物质哦,看看大家把物理学知识还给物理老师了没~


科学探秘频道


"为什么只有吸铁的磁铁,没有磁铜或磁铝呢?"简单来说,就是铁容易被磁化,而铜或者铝却没有这种性质,在日常生活中,如果我们用磁铁吸附一个铁块,会发现这个铁块也就具有了磁性,可以继续吸附其他铁块,这就是磁化的表现。

先来说说磁的来源

磁场与电场的性质非常相似,都具有同性相斥异性相吸的特点,麦克斯韦的电磁理论更是深刻揭示了它们的联系,电场与磁场就是物质的一体两面,它们在本质上是一样的,高中物理就有交变的磁场产生电场,交变的电场产生磁场的内容,所以要想让铜或者铝产生磁性,只要给它们通电就行,但是自然状态下,有吸铁的磁铁,却没有吸铁的磁铜或者磁铝。为啥?

上文说道电与磁是一体两面,因此我们可以从电的角度来找磁的来源,天然磁铁是不带电的,却依然可以产生磁场,这就要从微观领域分析了,我们知道物质是由原子构成,原子由原子核和电子构成,电子是一种亚原子粒子带有一个单位的负电荷,电子在围绕原子核运动的过程中也会进行自旋运动,此时我们可以联想到,电子由于携带电荷,所以电子的移动就可以看做是电荷的移动,而电荷的移动不就是电流吗?因此电子的“公转”与“自转”会产生相应的轨道磁矩与自旋磁矩,由于在现代的原子模型中,电子是以一定的概率出现在原子核周围,所以具有量子化的特征,因此轨道磁矩与自旋磁矩也是量子化的。

在原子中,不仅电子携带电荷,原子核也会携带一定的正电荷,这一点来自于构成原子核的质子,在固体物质中,原子核不具有轨道运动,但是一样具有自旋运动,所以原子核也会产生自旋磁矩,而整个原子表现出的磁性就可以看做是电子的与原子核磁性叠加的表现,同样,物质由原子构成,物质表现的磁性可以看做是原子磁性叠加的表现,通过上文我们知道,理论上所有物体都具有磁性,但是由于内部的磁场被叠加抵消,所以整体不显示磁性,而天然磁铁由于其内部“单位磁场”排列的特殊性,有“剩余磁场”未被叠加抵消,所以整体具有磁性。

再来说说磁化现象

磁化可以认为是打破物体“磁中性”的过程,本质上是改变物体内部混乱的“单位磁场”的排列,由于有些物体具有无法中和的粒子磁矩,这些磁矩与原子核外的电子分布有关,当施加外部磁场后,这些混乱的粒子磁矩被定向,物体也就具有了磁性,我们称这种物体表现为顺磁性,比如铁。除了顺磁性外,还有一个名词叫抗磁性,关于抗磁性我们可以通过楞次定律来理解,我们把楞次定律延伸到微观世界,当物体被施加外部磁场时,物体内部电子运动产生的磁通必然与外加磁场方向相反,起到相应的排斥作用,所以理论上所有的物体都是具有抗磁性的,但是当物体有顺磁性时,它的抗磁性效果就会被掩盖,而且抗磁性与顺磁性也具有叠加作用,整体表现为物体的磁化率,在题主的问题中,铜就是一种抗磁性的物质,所以没有磁铜,而铝虽然有顺磁性的性质,但是其磁化率很低,人类感官是很难察觉的。

结语

由于铜具有抗磁性,所以不能被磁化,也就不能被磁铁吸附,铝虽然是顺磁性,但是其磁化率太低,以至于我们很难察觉。

感谢浏览,我是漫步的小豆子,科学之旅,并肩前行,欢迎关注。(图片来源于网络)


漫步的小豆子


这个问题涉及对磁性的理解。

我们知道有电荷。电荷分两种,同性相斥,异性相吸。在自然界中,大部分物质(我们身边的物质)是以分子或原子的形态存在的,而分子/原子的主要性质取决于电子。

通过摩擦,物质之间可能发生电子的转移,这就是摩擦起电现象,通过摩擦起电,我们很早就知道世界上存在两种电荷。

磁性也是人们很早就认识到的一种自然现象,但和电现象不同,我们没法孤立出两种磁荷。

典型的磁现象涉及磁铁,磁铁一般是长条形的,这两端的行为很像电荷,N端和N端靠近是排斥的,而N端和S端靠近是吸引的。这让人猜测N和S就好像电荷的正或负,但我们无法把N端和S端分开,一旦强行分开,我们会得到两个磁铁,每个磁铁上都有相反的N和S。

因为这个原因,物理学家用“磁矩”,而不是磁荷来描述磁现象。但电和磁有关系,很快被法拉第等科学家发现了,简单说就是环形电流(比如电子围绕一个圆形轨道转圈)具有磁性,这让人们猜测磁性物质的分子具有环形电流,这些磁性累加起来体现为宏观的磁性。

环形电流,就相当于小磁铁,也有磁矩。磁性的本质要归结到“电”,从这个角度并不存在磁铜,磁铝。因为磁铁中导致相互吸引的原因并不是只和铁有关的特别的东西,是否具有磁性需要研究物质中电子的运动状况(原子核对磁性的贡献比电子对磁性的贡献小得多)。

按照这个思路,应该在磁性物体的表面存在“环形电流”,但可惜的是这个电流并没有被人们检测到。并且人们迄今为止也没有在自然界中观察到独立的磁荷。换句话说,我们观察到的磁性现象大多都与电有关。

根据量子力学,电子在原子内的运动可以归结为四个量子数,n,l,m和sz,其中m叫磁量子数,相当于电子在原子内作“轨道运动”所具有的“轨道角动量”的z分量,如果m不是0,电子相应地会具有磁矩,这和“分子电流”的概念有点像,区别是这里电子的运动必须用量子力学来描述。

此外,根据相对论性量子力学,电子还具有内禀的自旋,它在z方向上的分量是sz,自旋也会贡献磁矩。换句话说,原子内部的电子是磁性的来源,那么为什么元素周期表上的大多数物质不体现出磁性呢?

元素磁性的周期表,蓝色是反铁磁,浅蓝是抗磁,红色是顺磁,只有黄色是铁磁,对外体现出“磁性”,Gd也是铁磁的,但其居里温度只有292K(19°C),正好在室温时体现不出磁性。

一个原因是原子里面有很多电子,它们倾向于按照泡利不相容原理按照能量的高低从低到高排列,这导致大多数电子的磁矩相互抵消了,比如满壳层的电子,磁矩就互相抵消掉了。

对于固态中的原子,如果不是满壳层,则会和周围的原子形成共价键(半导体),或得失电子使得壳层变成满壳层(离子晶体),换句话说很多固态物质中的电子也不对外显示磁性了。此外,还有轨道淬灭概念,即处于晶格中的原子在特定条件下,轨道角动量的z分量平均值为0。

此外还有金属,对于金属来说,最外层电子是整个晶格共有的,它们处于一个连续的能带里,其中一半向上,一半向下,正好磁性互相抵消(铜和铝等金属就是这种情况)。除非金属的能带结构并不对称,使得某种自旋取向的电子更多,这样金属才有可能对外体现出磁性。

如图:4s电子对自旋向上和向下的能带是对称的,而3d电子则是不对称的。Cu的电子结构是3d^104s^1,换句话说Cu不具备磁性是因为其最外层只有4s电子。而铁(3d^64s^2)、钴(3d^74s^2)、镍(3d^94s^1)则分别都有未填充满的3d电子。铝的电子结构是3s^23p^1,因此铝也不具有磁性。

最后还要考虑居里温度(Tc),因为磁性的存在会使磁矩相互平行排列,但如果无规则热运动的能量过大,则会破坏这种平行排列,使得磁性没法对外体现出来。

换句话说,固体要对外显示出磁性,其条件是相当苛刻的,在天然物质中只有铁、钴、镍三种物质具有磁性,它们的居里温度分别是1043K,1400K和627K。


物理思维


前面的很多回答,很专业,也没说错。但是都没有认真思考就来回答,没有理解题主的问题。题主说为什么没有磁铜?我觉得应该这么解释,为了便于理解,我们把磁铁改名称为A。题主问世界上有A能吸铁,那有没有B可以吸铜呢? 答:因为自然状态铜不能磁化,所以没有B。外话:原子层面,磁铁是可以吸引铜的。只是宏观层面被层层抵消了,所以铜表现出抗磁性。


自由步伐丶Snake


我觉得不用这么复杂这么繁琐的回答。宇宙里万物都有磁性,不要说什么铁啊,铜啊,什么的,甚至只要是元素周期表里面的,都有磁性,只是相对的强弱罢了,小到地球,大到太阳系,银河系,都在相互吸引旋转!!!!不管是气体,液体,还是固体,都有磁场,例如木星,是气体星球,在它附近,不管你是铜,铁,钢,水,甚至是狗拉的便便💩,它也能吸过去!!同样道理你说的磁铜,磁铝,只要质量够大,什么都可以被吸引过去,明白了吧!


妖精老衲收了你550


磁性与电是二种物质相互联系的一种螺旋运动属性的包涵现象。磁性是物质元素的整齐排列的运动属性的表达效应;电是物质的变化过程中的螺旋运动属性的切割面所产生的放能效应。这就是电的产生原理。如果我们能将铜的元素结构进行排列(用同样的铁元素排列一样),在切割螺旋运动属性的过程中也能够产生“电”的效应,但是我不知有多少人这样试验过吗?我们知道许多的物质的磨擦过程会产生了“电”的效应,但也存在于物体的本身运动属性不同而产生不同的电的效果功能大小的不同。也就是说物质的内在的螺旋运动属性的螺距切割产生了放能效果~“电”*,就这样产生的。其它的物质也是一样的。


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