金银铜铁都是金属，为什么磁铁只会对铁产生吸引力？

　　磁铁会吸引铁，这是一种众所周知的现象，相信大家都曾经尝试过用磁铁去接近其他的金属，看看磁铁能不能对其产生吸引力，然而＂实验结果＂往往是令人失望的，因为金、银、铜这些常见的金属，根本就不会被磁铁吸引。
　　金银铜铁都是金属，为什么磁铁只会对铁产生吸引力呢？这需要从原子的内部构造讲起。
　　我们知道，原子是由原子核以及电子构成，其中原子核带正电，并且存在着自旋，而电子带负电，并且电子在自旋的同时还会在原子核外的空间中运动，根据麦克斯韦方程，变化的电场会产生磁场，因此原子核和电子就会产生微小的磁场。
　　相对而言，电子产生的磁场强度比原子核高得多，一般都可以达到1000倍，因此一个原子能不能在整体上表现出磁性，其实取决于原子内部的电子所产生的磁场在叠加之后的效果。
　　在原子的内部，电子的排布是非常有规律的，我们可以将其简单地理解为，原子核外存在着若干个＂壳层＂，越接近原子核的＂壳层＂，其能级就越低，而电子总是会趋向于填充能级更低的＂壳层＂。
　　每一个＂壳层＂都只能容纳特定数量的电子，所以当最低能级的＂壳层＂填满之后，其余的电子就会去填充其外侧的＂壳层＂，如果这一层也填满了，其余的电子就只能去填充更外侧的＂壳层＂……
　　根据量子力学的描述，在填满电子的＂壳层＂之中，电子总是会成对地排布，但由于＂泡利不相容原理＂的限制，它们不被允许处于完全相同的状态，在这种情况下，它们所产生的磁场方向就是相反的，其叠加效果就是＂互相抵消＂。
　　因此可以说，如果一个原子想要在整体上表现出磁性，其最外面的＂壳层＂就不能是满电子状态，而在已知的众多元素中，只有一部分才能满足这个条件，比如说元素周期表中的＂过渡元素＂（transition elements）。
　　可以看到，金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）等金属元素与铁（Fe）一样都是＂过渡元素＂，那为什么偏偏只有铁会被磁铁吸引呢？我们接着看。
　　当铁原子形成晶体的时候，相邻铁原子的电子之间会存在着一种被称为＂交换交互作用＂（exchange interaction）的特殊量子效应，其产生的效果就是：使相邻铁原子的磁场方向按照大致相同的方向排列。
　　由于这种量子效应只能使原子磁场的方向＂大致相同＂，因此如果铁原子的数量太多，它们就只能形成一小块一小块的＂原子磁场方向基本一致＂的区域，这种区域就被称为＂磁畴＂（Magnetic Domain）。
　　实际上，常见的铁质物品都是属于＂原子数量太多＂这样的情况，毕竟铁原子实在是太小了（区区1立方厘米的铁块里包含的铁原子数量就有大约8.5 x 10^22个），所以我们可以简单地认为，常见的铁质物品中其实包含了大量的＂磁畴＂。
　　在绝大多数情况下，大量的＂磁畴＂聚集起来，各个＂磁畴＂的磁场方向在整体上并不能保持一致，于是它们的叠加效果就会＂互相抵消＂，所以常见的铁质物品通常也不会表现出磁性。
　　但＂磁畴＂有一个重要的特点，那就是它们的磁场方向很容易受到外界磁场影响，因此在铁质物品接近磁铁的时候，其内部的众多＂磁畴＂的磁场方向就会因为受到磁铁磁场的影响而变得＂整齐划一＂，进而在宏观层面上表现出磁性，这也被称为＂磁化＂。
　　在被＂磁化＂之后，铁质物品和磁铁之间就会发生电磁相互作用，并因此而相互吸引，于是就出现了＂铁会被磁铁吸引＂这种现象。
　　除了铁、镍、钴等极少数元素之外，其他的绝大部分＂过渡元素＂（包括金、银、铜在内）在形成晶体的时候，都不会存在＂交换交互作用＂这种量子效应，因此在这些元素构成的金属之中，各个原子磁场的方向都是杂乱无章的，于是这些原子磁场的叠加效果就出现了＂互相抵消＂，从而在宏观层面上不表现出磁性，也就不会被磁铁吸引了。
　　好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。