「原子核帶有正電荷，周圍環繞的電子帶有電荷。電子移動會產生電流。也就是說，原子核的周圍有電流，因此會像電磁鐵一樣產生磁極。

因為『電子的移動=電荷的移動=電流』，所以可以將電子的軌道想成是線圈，電子的電荷想成是電流，電子經由軌道運動形成『原子級的電磁鐵』。這就是『原子磁鐵』。」

Q：除了鐵、鈷、鎳之外，所有的原子是否都可以成為磁鐵？

「實際上能形成磁鐵的只有『鐵、鈷、鎳』這三種元素而已，其他大部分元素的原子在室溫下都無法形成磁鐵。為什麼呢？答案和電子的兩種旋轉——公轉和自轉有關。」

公轉是指電子在原子核的周圍旋轉，自轉則是電子本身的旋轉。「電子的公轉的確會產生磁力，但會和其他軌道的電子公轉抵銷，所以公轉不能作為磁力的原因。」

「另一方面，電子的『自轉=自旋』能夠使特定的原子產生較大的磁力。」

「根據自轉的方向，自旋的方向分為兩種。為了方便解説，這邊稱為向上自旋、向下自旋，所有電子都有向上自旋或向下自旋。若是上下自旋的電子形成一對，自旋產生的磁極（自旋磁矩）便會相互抵消為零。」

「因此，只有當電子為奇數個的時候，元素才會顯現磁力的特性。」

「鐵、鈷、鎳」的向上自旋電子（N極）都有五個，向下自旋電子（S極）：鐵有四個、鈷有三個、鎳有兩個。這三種元素的「向上自旋電子（N極）較多」，所以在室溫下可以顯現出鐵磁性。

【保磁力】

「若從磁鐵外部施加遠比地磁強力的磁場」，原本的N極就會變成S極，S極變成N極，稱為「磁極反轉」，而「能夠承受多少外部磁場」才反轉，這個外部磁場的強度即為「保磁力」。

【軟磁性、硬磁性】

「保磁力小、容易受到外部磁場干擾而發生磁化方向反轉的磁力特性，稱為『軟磁性（soft magnetism）』，具有這樣性質的材料稱為『軟磁性材料』。

相反的，不易受到外部磁場干擾而發生磁化方向反轉的磁特性，則稱為『硬磁性（hard magnetism）』，具有這樣性質的材料稱為『硬磁性材料』。」或者說「具備抵抗外部磁場的頑強性質？還是馬上見風轉舵的軟弱性質？」

「雖然鐵具高磁化量（鐵磁性），但一靠近磁鐵便磁化（依循外部磁場），一遠離便失去磁性，所以『鐵是軟磁性材料』。」

【磁區】

「觀察磁鐵內部可以發現，裡頭分成許多小區域的『磁區』。在這小區域內的電子自旋（磁矩）全都朝同一個方向排列。但是，相鄰磁區內的電子自旋卻是相反方向。」磁區與磁區的間隔稱為「磁壁」。

【磁壁】

「從鐵的外部施加強力磁場，鐵裡頭的磁壁會發生移動，這現象稱為『磁壁移動』。」如果繼續施加磁場，內部就會全部變成同一方向，磁壁不再存在，這樣的狀態稱為「磁化飽和」。

Q：要怎麼做才能變成永久磁鐵呢？

「如同前面的說明，等到移除外部磁場後，鐵內部的磁矩會回轉，恢復為原本的狀態。然而，鐵原子加入釹原子後，由於釹原子有鎖定鐵磁矩回轉的效果。也就是說，『釹+鐵』一旦磁化，就算移除外部的磁場，仍然可以維持『磁鐵』，不會變回『鐵釘』。」

「想要製造磁性方向統一的異向性磁鐵，必須先讓冷卻固化的等向性磁鐵吸收氫，破壞其結構，粉碎成粗粒。接著，利用噴射磨機（Jet Mill）高速氮氣流，粉碎成細小的微粒，磨成約3微米的晶粒。」

Q：為什麼要把好不容易固化的東西刻意磨成粉末呢？

「因為研磨成細小的微粒，每個微粒才會只含一個晶體。」

「將粉碎的材料放入磁場的成形機中，『一邊施加磁場，一邊壓製微粒』。這樣一來，各個結晶會朝容易磁化的方向（配向）磁化。」

【農家會讓牛吃磁鐵】

「酪農業常使用的就是鋁鎳合金磁鐵。牛隻大量吃草，但偶爾會誤食釘子、鐵絲，釘子可能會刺傷牛的胃部。農家會讓牛吃一些鋁鎳合金磁鐵，用來吸附誤食的釘子，接著定期會回收鋁鎳合金磁鐵。」動物星球頻道(台灣) on Facebook
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