可以看到,金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等金屬元素與鐵(Fe)一樣都是「過渡元素」,那為什麼偏偏只有鐵會被磁鐵吸引呢?我們接著看。
當鐵原子形成晶體的時候,相鄰鐵原子的電子之間會存在著一種被稱為「交換交互作用」(exchange interaction)的特殊量子效應,其產生的效果就是:使相鄰鐵原子的磁場方向按照大致相同的方向排列。
由于這種量子效應只能使原子磁場的方向「大致相同」,因此如果鐵原子的數量太多,它們就只能形成一小塊一小塊的「原子磁場方向基本一致」的區域,這種區域就被稱為「磁疇」(Magnetic Domain)。
實際上,常見的鐵質物品都是屬于「原子數量太多」這樣的情況,畢竟鐵原子實在是太小了(區區1立方厘米的鐵塊里包含的鐵原子數量就有大約8.5 x 10^22個),所以我們可以簡單地認為,常見的鐵質物品中其實包含了大量的「磁疇」。
在絕大多數情況下,大量的「磁疇」聚集起來,各個「磁疇」的磁場方向在整體上并不能保持一致,于是它們的疊加效果就會「互相抵消」,所以常見的鐵質物品通常也不會表現出磁性。
但「磁疇」有一個重要的特點,那就是它們的磁場方向很容易受到外界磁場影響,因此在鐵質物品接近磁鐵的時候,其內部的眾多「磁疇」的磁場方向就會因為受到磁鐵磁場的影響而變得「整齊劃一」,進而在巨觀層面上表現出磁性,這也被稱為「磁化」。
在被「磁化」之后,鐵質物品和磁鐵之間就會發生電磁相互作用,并因此而相互吸引,于是就出現了「鐵會被磁鐵吸引」這種現象。
除了鐵、鎳、鈷等極少數元素之外,其他的絕大部分「過渡元素」(包括金、銀、銅在內)在形成晶體的時候,都不會存在「交換交互作用」這種量子效應,因此在這些元素構成的金屬之中,各個原子磁場的方向都是雜亂無章的,于是這些原子磁場的疊加效果就出現了「互相抵消」,從而在巨觀層面上不表現出磁性,也就不會被磁鐵吸引了。
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