磁化鐵和鋼來研究磁場強(qiáng)度-磁化鐵實驗顯微鏡
鐵的性質(zhì)
可以通過磁化鐵和鋼來研究磁場強(qiáng)度的大小。硬鋼一旦被磁化就會一
直保持磁性。軟鐵很容易被磁化，但是當(dāng)激勵磁場去掉后它的磁性也會消
失。一塊軟鐵沒有明顯的磁性，不能單獨吸起磁針或表現(xiàn)得像磁鐵一樣。
電磁學(xué)中最偉大的突破是發(fā)現(xiàn)了電流可以產(chǎn)生磁場，變化的磁場也會
誘導(dǎo)磁場中的導(dǎo)體產(chǎn)生電流。這些發(fā)現(xiàn)的擴(kuò)展是，兩個電流系統(tǒng)會產(chǎn)生各
自的磁場并且相互作用，就像永磁體那樣產(chǎn)生相互作用力。
電子的發(fā)現(xiàn)給人們展現(xiàn)了一幅從電子流角度考慮電流的畫面。這個發(fā)
現(xiàn)確實意味著一套連貫的理論整合到一起，并且有很強(qiáng)的預(yù)測能力。這引
發(fā)了一個問題，鐵條里的電子能不能被激活來產(chǎn)生磁場。對鐵原子和其他
金屬原子結(jié)構(gòu)的詳細(xì)研究表明，實際上是鐵晶格中的電子自旋產(chǎn)生磁場。
此外，如果要觀察到強(qiáng)大的外部效應(yīng)，需要控制電子自旋在空間中的
分布。這確實發(fā)生了’．但成分不多。貝特的研究發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)原子參量落
人某個范圍，電子自旋才會自發(fā)地取向一致。熱力學(xué)經(jīng)驗表明，無論何時
只要較低的能態(tài)空閑．那么其自然特性會優(yōu)先占領(lǐng)它。
鐵、鈷、鎳都是主要的鐵磁性材料。非鐵磁性材料對磁場力展示出很
微弱的反應(yīng)，加強(qiáng)或排斥磁場力。這種順磁性和抗磁性對物理理論是很重
要的，但沒有很大的工程意義。
鐵磁疇
介紹這樣一種觀點：鐵的晶格中電子自旋會自發(fā)平行排列，產(chǎn)生一個
強(qiáng)大的整體定向協(xié)調(diào)的磁場，那為什么在鐵條附近找不到明顯的磁場?如果
把鐵描述成一組自發(fā)耦合電子自旋。這些耦合自旋會產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，在
與地球磁場相互作用時它應(yīng)該尋找南北極。
能量儲存
物理學(xué)中一個普遍原則：物質(zhì)的自然屬性任何時候都會趨向于一個能
被發(fā)現(xiàn)的更低的能量狀態(tài)(“我們?nèi)祟愂堑湍軕B(tài)嗎?如果不是為什么我們會
在這里?”)。我們知道，電子自旋平行排列產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)部自發(fā)磁場，對
能量存儲是有影響的。所有的電子自旋平行排列會導(dǎo)致晶格變形：在整體
磁化方向上，晶格會變長，這稱作磁致伸縮效應(yīng)。稍后我們將會把它當(dāng)作
一種實際效應(yīng)來考察。
