铁之所以能被磁化,主要是因为其原子内部电子的自旋和轨道运动产生的磁性。铁是一种过渡金属元素,具有未填满的3d电子壳层,这些电子的自旋和轨道运动可以产生微小的磁场。在没有外部磁场作用的情况下,铁内部的磁畴(由原子磁矩组成的微小区域)的磁矩排列是混乱的,导致磁性相互抵消,因此铁本身不显磁性。
当铁受到外部磁场的作用时,各磁畴的边界发生变化,原本与外磁场相反磁性的磁畴范围缩小,相同磁性的磁畴范围扩大,并且原本方向与外磁场方向相差不大的磁畴的磁性方向更靠近外场方向。这样,尽管各磁畴的磁场仍然部分相互抵消,但有一部分磁畴的磁场与外磁场同向,从而增强了总的磁场强度,导致铁被磁化。
铁磁材料中的磁畴自发磁化至饱和,形成稳定的磁场,使得铁能长时间保持其磁性。铁磁现象的发现和研究始于20世纪初,法国科学家外斯提出了铁磁性假说,解释了铁磁性的本质。
总结来说,铁被磁化的原因可以归结为以下几点:
1. 铁具有未填满的3d电子壳层,电子的自旋和轨道运动产生磁性。
2. 铁内部的磁畴在无外部磁场作用下,磁矩排列混乱,磁性相互抵消。
3. 外部磁场作用下,磁畴边界发生变化,相同磁性的磁畴扩大,部分磁畴的磁场与外磁场同向,导致铁被磁化。
4. 铁磁材料中的磁畴自发磁化至饱和,形成稳定的磁场,使铁能长时间保持磁性