电离氢原子吸收光子能量

4.千呼万唤始出来——磁性来源

物质的磁性来自构成物质的原子，原子的磁性又主要来自原子中的电子。科学研究已经发现，原子中电子的磁性有两个来源：一个来源是电子本身具有自旋，因而能产生自旋磁性，称为自旋磁矩；另一个来源是原子，电子绕原子核作轨道运动时也能产生轨道磁性，称为轨道磁性。

物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和位于原子核外的电子组成。原子核就像太阳，而核外电子就仿佛是围绕太阳运转的行星。另外，电子除了绕着原子核公转以外，自己还有自转（叫做自旋），与地球的情况差不多。因此，我们也可以把一个原子看做一个小小的“太阳系”。另外，如果一个原子的核外电子数量较多，那么电子会分层，而且每一层有不同数量的电子。

在原子中，核外电子是一种带电粒子，带有负电荷。因此，电子的自转会使电子本身具有磁性，成为一个小小的磁铁，具有N极和S极。也就是说，电子就好像很多小小的磁铁绕原子核在旋转。这种情况实际上就类似于电流产生磁场的情况。

向上与向下自转的电子数相等

那为什么只有少数物质（铁、钴、镍等）才具有磁性呢？原来，电子的自转方向总共有上下两种。在一些物质中，向上自转和向下自转的电子数目一样多（如左图所示），它们产生的磁极就会相互抵消，整个原子，以至于整个物体对外表现为无磁性。

向上与向下自转的电子数不等

而对于大多数自转方向不同的、电子数目不同的情况来说，由于这些电子的磁矩不能相互抵消，导致整个原子具有一定的总磁矩。但是这些原子磁矩之间并没有相互作用，它们是混乱排列的，所以整个物体并没有强磁性。只有少数物质（例如铁、钴、镍），它们的原子内部的电子在不同的自转方向上，数量不一样。这样，在自转相反的电子磁极互相抵消以后，

铁矿

钴矿

镍矿

还会剩余一部分电子的磁矩没有被抵消。因此，整个原子具有总的磁矩。同时，由于一种被称为“交换作用”的机理，这些原子磁矩之间被整齐地排列起来，整个物体也就有了磁性。当剩余的电子数量不同时，物体显示的磁性强弱也不同。例如，铁的原子中没有被抵消的电子磁极数最多，原子的总剩余磁性最强。而镍原子中自转没有被抵消的电子数量很少，所有它的磁性比较弱。

电子磁极数