磁化铁和钢来研究磁场强度-磁化铁实验显微镜
铁的性质
可以通过磁化铁和钢来研究磁场强度的大小。硬钢一旦被磁化就会一
直保持磁性。软铁很容易被磁化，但是当激励磁场去掉后它的磁性也会消
失。一块软铁没有明显的磁性，不能单独吸起磁针或表现得像磁铁一样。
电磁学中最伟大的突破是发现了电流可以产生磁场，变化的磁场也会
诱导磁场中的导体产生电流。这些发现的扩展是，两个电流系统会产生各
自的磁场并且相互作用，就像永磁体那样产生相互作用力。
电子的发现给人们展现了一幅从电子流角度考虑电流的画面。这个发
现确实意味着一套连贯的理论整合到一起，并且有很强的预测能力。这引
发了一个问题，铁条里的电子能不能被激活来产生磁场。对铁原子和其他
金属原子结构的详细研究表明，实际上是铁晶格中的电子自旋产生磁场。
此外，如果要观察到强大的外部效应，需要控制电子自旋在空间中的
分布。这确实发生了’．但成分不多。贝特的研究发现只有当原子参量落
人某个范围，电子自旋才会自发地取向一致。热力学经验表明，无论何时
只要较低的能态空闲．那么其自然特性会优先占领它。
铁、钴、镍都是主要的铁磁性材料。非铁磁性材料对磁场力展示出很
微弱的反应，加强或排斥磁场力。这种顺磁性和抗磁性对物理理论是很重
要的，但没有很大的工程意义。
铁磁畴
介绍这样一种观点：铁的晶格中电子自旋会自发平行排列，产生一个
强大的整体定向协调的磁场，那为什么在铁条附近找不到明显的磁场?如果
把铁描述成一组自发耦合电子自旋。这些耦合自旋会产生强大的磁场，在
与地球磁场相互作用时它应该寻找南北极。
能量储存
物理学中一个普遍原则：物质的自然属性任何时候都会趋向于一个能
被发现的更低的能量状态(“我们人类是低能态吗?如果不是为什么我们会
在这里?”)。我们知道，电子自旋平行排列产生强大的内部自发磁场，对
能量存储是有影响的。所有的电子自旋平行排列会导致晶格变形：在整体
磁化方向上，晶格会变长，这称作磁致伸缩效应。稍后我们将会把它当作
一种实际效应来考察。
