磁化鐵和鋼來研究磁場強度-磁化鐵實驗顯微鏡
鐵的性質
可以通過磁化鐵和鋼來研究磁場強度的大小。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得像磁鐵一樣。
電磁學中最偉大的突破是發現了電流可以產生磁場，變化的磁場也會
誘導磁場中的導體產生電流。這些發現的擴展是，兩個電流系統會產生各
自的磁場并且相互作用，就像永磁體那樣產生相互作用力。
電子的發現給人們展現了一幅從電子流角度考慮電流的畫面。這個發
現確實意味著一套連貫的理論整合到一起，并且有很強的預測能力。這引
發了一個問題，鐵條里的電子能不能被激活來產生磁場。對鐵原子和其他
金屬原子結構的詳細研究表明，實際上是鐵晶格中的電子自旋產生磁場。
此外，如果要觀察到強大的外部效應，需要控制電子自旋在空間中的
分布。這確實發生了’．但成分不多。貝特的研究發現只有當原子參量落
人某個范圍，電子自旋才會自發地取向一致。熱力學經驗表明，無論何時
只要較低的能態空閑．那么其自然特性會優先占領它。
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，加強或排斥磁場力。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平行排列，產生一個
強大的整體定向協調的磁場，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耦合電子自旋。這些耦合自旋會產生強大的磁場，在
與地球磁場相互作用時它應該尋找南北極。
能量儲存
物理學中一個普遍原則：物質的自然屬性任何時候都會趨向于一個能
被發現的更低的能量狀態(“我們人類是低能態嗎?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生強大的內部自發磁場，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。稍后我們將會把它當作
一種實際效應來考察。
