為什么有些物質(zhì)具有磁性？為什么它們可以被磁化？為什么吸鐵石能吸引鋼鐵？為什么指南針會自動地指示方向？由于物質(zhì)的磁性既看不到，也摸不著，我們無法自己的五種感官（聽覺、視覺、味覺、嗅覺、觸覺）直接體會磁性的存在，也不能很容易地回答上面的問題。所以磁性的本質(zhì)和來源也就被多少蒙上了一些神秘色彩。

常見的磁現(xiàn)象：

    實際上，除了上面提到的磁鐵的特征以外，磁性物質(zhì)還有很多特點，例如：

    磁鐵總有兩個磁極，一個是N極，另一個是S極。一塊磁鐵，如果從中間鋸開，它就變成了兩塊磁鐵，它們各有一對磁極。不論把磁鐵分割得多么小，它總是有N極和S極，也就是說N極和S極總是成對出現(xiàn)，無法讓一塊磁鐵只有N極或只有S極。
 
    磁極之間有相互作用，即同性相斥、異性相吸。也就是說，N極和S極靠近時回相互吸引，而N極和N極靠近時回互相排斥。知道了這一點，我們就明白了為什么指南針會自動指示方向。原來，地球就是一塊巨大的磁鐵，它的N極在地理的南極附近，而S極在地理的北極附近。這樣，如果把一塊長條形的磁鐵用細(xì)線從中間懸掛起來，讓它自由轉(zhuǎn)動，那么，磁鐵的N極就會和地球的S極互相吸引，磁鐵的S極和地球的N極互相吸引，使得磁鐵方向轉(zhuǎn)動，直到磁鐵的N極和S極分別指向地球的S極和N極為止。這時，磁鐵的N極所指示的方向就是地理的北極附近。
 

磁性的來源：

    現(xiàn)代科學(xué)表明，物質(zhì)的磁性來源于物質(zhì)原子中的電子。我們知道，物質(zhì)是由原子組成的，而原子又是由原子核和位于原子核外的電子組成的。原子核好象太陽，而核外電子就仿佛是圍繞太陽運轉(zhuǎn)的行星。另外，電子除了繞著原子核公轉(zhuǎn)以外，自己還有自轉(zhuǎn)（叫做自旋），跟地球的情況差不多。一個原子就象一個小小的“太陽系”。另外，如果一個原子的核外電子數(shù)量多，那么電子會分層，每一層有不同數(shù)量的電子。**層為1s，**層有兩個亞層2s和2p，第三層有三個亞層3s、3p和3d，依此類推。如果不分層，這么多的電子混亂地繞原子核公轉(zhuǎn)，是不是要撞到一起呢？

    在原子中，核外電子帶有負(fù)電荷，是一種帶電粒子。電子的自轉(zhuǎn)會使電子本身具有磁性，成為一個小小的磁鐵，具有N極和S極。也就是說，電子就好象很多小小的磁鐵繞原子核在旋轉(zhuǎn)。這種情況實際上類似于電流產(chǎn)生磁場的情況。

    既然電子的自轉(zhuǎn)會使它成為小磁鐵，那么原子乃至整個物體會不會就自然而然地也成為一個磁鐵了呢？當(dāng)然不是。如果是的話，豈不是所有的物質(zhì)都有磁性了？為什么只有少數(shù)物質(zhì)（象鐵、鈷、鎳等）才具有磁性呢？原來，電子的自轉(zhuǎn)方向總共有上下兩種。在一些數(shù)物質(zhì)中，具有向上自轉(zhuǎn)和向下自轉(zhuǎn)的電子數(shù)目一樣多，如右面的上圖所示，它們產(chǎn)生的磁極會互相抵消，整個原子，以至于整個物體對外沒有磁性。而低于大多數(shù)自轉(zhuǎn)方向不同的電子數(shù)目不同的情況來說，雖然這些電子所磁矩不能相互抵消，導(dǎo)致整個原子具有一定的總磁矩。但是這些原子磁矩之間沒有相互作用，它們是混亂排列的，所以整個物體沒有強磁性。

    只有少數(shù)物質(zhì)（例如鐵、鈷、鎳），它們的原子內(nèi)部電子在不同自轉(zhuǎn)方向上的數(shù)量不一樣，這樣，在自轉(zhuǎn)相反的電子磁極互相抵消以后，還剩余一部分電子的磁矩沒有被抵消，如右面下圖所示。這樣，整個原子具有總的磁矩。同時，由于一種被稱為“交換作用”的機理，這些原子磁矩之間被整齊地排列起來，整個物體也就有了磁性。當(dāng)剩余的電子數(shù)量不同時，物體顯示的磁性強弱也不同。例如，鐵的原子中沒有被抵消的電子磁極數(shù)*多，原子的總剩余磁性*強。而鎳原子中自轉(zhuǎn)沒有被抵消的電子數(shù)量很少，所有它的磁性比較弱。

幾個基本概念：

    怎樣表示物質(zhì)磁性的強弱呢？為什么吸鐵石并沒有接觸鋼鐵就可以吸引它？

    在一塊硬紙板的下面放兩塊磁鐵，并且讓它們的S極相對。紙板上面撒一些細(xì)的鐵粉末?？磿l(fā)生什么現(xiàn)象？鐵的粉末會自動排列起來，形成一串串曲線的樣子。其中，N極和S極之間的曲線是連續(xù)的，也就是說曲線從N極直至S極。而S極和S極之間的曲線互相排斥，不能融合和貫穿。這種現(xiàn)象說明，磁鐵的磁極之間存在某種聯(lián)系。因此，我們可以假想，在磁極之間存在著一種曲線，它代表著磁極之間相互作用的強弱。這種假想的曲線稱為磁力線，并規(guī)定磁力線從N極出發(fā)，*終進入S極。這樣，只要有磁極存在，它就向空間不斷地發(fā)出磁力線，而且離磁極近的地方磁力線密，而遠(yuǎn)處磁力線稀疏。上圖中鐵粉末的排列形狀就是磁力線的走向。

    有了磁力線，我們就可以很方便地描述磁鐵之間的相互作用。但是必須明白，磁力線是我們?yōu)榱死斫夥奖愣傧氲?，實際上并不存在。在磁極周圍的空間中真正存在的不是磁力線，而是一種場，我們稱之為磁場。磁性物質(zhì)的相互吸引等就是通過磁場進行的。我們知道，物質(zhì)之間存在萬有引力，它是一種引力場。磁場與之類似，是一種布滿磁極周圍空間的場。磁場的強弱可以用假想的磁力線數(shù)量來表示，磁力線密的地方磁場強，磁力線疏的地方磁場弱。單位截面上穿過的磁力線數(shù)目稱為磁通量密度。

　  有了磁場的概念，我們便可以深入理解一些磁現(xiàn)象。例如，指南針之所有能夠指示方向，實際上是由于指南針處于地球磁場中，地球的N極和S極分別對指南針的S極和N極的吸引力使得指南針轉(zhuǎn)動，直至指南針的N極正好指向地球的S極（北極），指南針的S極指向地球的N極（南極）為止。在圖中，H表示地球的磁場，綠線的箭頭表示磁場的方向由N極指向S極。又如，如果把一個指南針和一根金屬導(dǎo)線平行放置，再向?qū)Ь€內(nèi)通電，那么，導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場就會和指南針的磁場發(fā)生相互作用，使得指南針轉(zhuǎn)動，直到它和導(dǎo)線垂