攝石

**攝石**（）又叫**磁鐵**、**磁石**，係種可放出磁場嘅料，可以攝起鐵、鎳之類嘅金屬。如果"審"啲鐵粉喺佢周圍，就會見到磁場分佈。攝石可以係本身就有磁力。亦可以用以集中電綫磁力，加舊金屬放大磁力，變成電攝石。電攝要有電過先有磁力，無就無磁力。

有啲攝石係天然都搵到，為咗分開人工造出來嘅攝石，就叫佢做天然攝石。天然攝石可以響磁鐵礦度搵到。

**永久磁鐵** 係一件用 磁化 咗嘅物料整嘅嘢，佢會產生自己嘅恆定磁場。一個日日都見到嘅例子係 雪櫃磁石，用嚟將啲字條貼喺雪櫃門上面。可以 磁化 嘅物料，佢哋同時都係會畀磁鐵強力吸引嘅嘢，就叫做 鐵磁性（或者 亞鐵磁性）。呢啲物料包括 鐵、鎳 同埋 鈷 呢啲元素同佢哋嘅合金、一啲 稀土金屬 嘅合金，同埋一啲天然存在嘅礦物，好似 磁石 噉。雖然鐵磁性（同埋亞鐵磁性）物料係唯一一啲畀磁鐵吸引得夠犀利，會普遍噉認為係有磁性嘅嘢，但係所有其他物質都會對磁場有微弱嘅反應，通過其他幾種 磁性 嘅其中一種。

鐵磁性物料可以分做磁性「軟」物料，好似退火 鐵 噉，佢哋可以 磁化，但係唔傾向保持磁性，同埋磁性「硬」物料，佢哋就會保持磁性。永久磁鐵係用「硬」鐵磁性物料整嘅，好似 鋁鎳鈷合金 同埋 鐵氧體 噉，喺生產嗰陣，佢哋會喺強磁場入面經過特別處理，嚟對齊佢哋內部嘅 微晶體 結構，令佢哋非常難以 去磁。要將一嚿飽和咗嘅磁鐵 去磁，就一定要施加某個磁場，而呢個門檻就取決於相應物料嘅 矯頑力。「硬」物料有高矯頑力，而「軟」物料就有低矯頑力。一嚿磁鐵嘅整體強度係用佢嘅 磁矩 或者，或者，佢產生嘅總 磁通量 嚟量度嘅。磁性喺物料入面嘅局部強度係用佢嘅 磁化強度 嚟量度嘅。

電磁鐵 係用一紮電線圈整嘅，當 電流 流過佢嗰陣，佢就好似一嚿磁鐵噉，但係當電流停止嗰陣，佢就唔再係磁鐵。通常，個線圈會 芯 嘅周圍，個芯係用「軟」鐵磁性物料整嘅，好似 低碳鋼 噉，呢個做法會大大增強個線圈產生嘅磁場。

## 發現同埋發展

古代人從 磁石（或者 磁鐵礦）度認識到磁性，磁石係天然 磁化 咗嘅鐵礦石碎件。「*[[:wikt:magnet|magnet]]*」呢個字喺 中古英文 入面採用，嚟自 拉丁文 *magnetum*「磁石」，最終嚟自 希臘文  (*magnētis [lithos]*)，意思係「石頭嚟自 瑪格尼西亞」，，安納托利亞 入面一個搵到磁石嘅地方（今日喺現代 土耳其 嘅 馬尼薩）。磁石，吊起佢哋令佢哋可以轉動，係最早嘅 磁羅盤。已知最早留存落嚟嘅關於磁鐵同埋佢哋特性嘅描述係嚟自大約 2,500 年前嘅安納托利亞、印度同埋中國。 大 普林尼 喺佢公元 1 世紀嘅百科全書 *[[博物志]]* 入面寫咗磁石嘅特性同埋佢哋對鐵嘅親和力。

喺 11 世紀嘅中國，人們發現將燒到紅卜卜嘅鐵喺地球磁場入面 淬火，會令到啲鐵永久 磁化。呢個發現引致咗導航 羅盤 嘅發展，正如 1088 年嘅 夢溪筆談 入面所描述嘅噉。 到咗公元 12 至 13 世紀，磁羅盤喺中國、歐洲、阿拉伯半島同埋其他地方嘅航海入面都有用。

一嚿直嘅鐵磁鐵傾向畀佢自己嘅磁場 去磁 自己。為咗克服呢個問題，蹄形磁鐵 喺 1743 年由 丹尼爾·伯努利 發明出嚟。 蹄形磁鐵通過將磁場線返回到相反嘅磁極嚟避免 去磁。

喺 1820 年，漢斯·克里斯蒂安·奧斯特 發現 指南針 指針會畀附近嘅電流偏轉。喺同一年，安德烈-瑪麗·安培 表明鐵可以通過將佢插入通電嘅 螺線管 入面嚟 磁化。 呢個發現引導 威廉·斯特金 喺 1824 年開發咗鐵芯 電磁鐵。 約瑟·亨利 進一步將 電磁鐵 發展成為一種商業產品，喺 1830–1831 年，畀咗人們第一次接觸強磁場嘅機會。喺 1831 年，佢建造咗一部礦石分離器，佢嘅 電磁鐵 能夠舉起 。

## 物理學

### 磁場

磁通量密度（又叫做磁 **B** 場或者淨係磁場，通常用 **B** 嚟表示）係一個 向量場。喺空間入面畀定點嘅磁 **B** 場 向量 係由兩個特性嚟指定嘅：

佢嘅「方向」，沿住 指南針指針 嘅方向。
佢嘅「量值」（又叫做「強度」），同指南針指針沿住嗰個方向排好方向嘅強度成正比。

喺 國際單位制 單位入面，磁 **B** 場嘅強度係用 特斯拉 嚟畀出嘅。

### 磁矩

一嚿磁鐵嘅磁矩（又叫做磁偶極矩，通常用 **μ** 嚟表示）係一個 向量，佢描述咗嚿磁鐵嘅整體磁性特性。對於一條條形磁鐵嚟講，磁矩嘅方向係由磁鐵嘅南極指向佢嘅北極，，而量值就同呢啲磁極嘅強度同埋佢哋之間嘅距離有關。喺 國際單位制 單位入面，磁矩係用 A·m2（安培乘以平方米）嚟指定嘅。

一嚿磁鐵既會產生自己嘅磁場，又會對磁場產生反應。佢產生嘅磁場強度喺任何畀定點都同佢磁矩嘅量值成正比。另外，當將嚿磁鐵放喺一個外部磁場入面，嗰個磁場係由唔同嘅來源產生嘅，佢就會受到 力矩 嘅作用，力矩傾向於將磁矩方向對齊到平行於磁場嘅方向。 呢個力矩嘅大小同磁矩同埋外部磁場都成正比。根據磁鐵同埋來源嘅位置同埋方向，磁鐵亦都可能會受到一個力嘅作用，驅使佢向一個方向或者另一個方向移動。如果磁場喺空間入面係均勻嘅，咁嚿磁鐵就唔會受到淨力嘅作用，雖然佢會受到力矩嘅作用。

一條面積係 *A*，而且帶有 電流 *I* 嘅圓形電線嘅磁矩，佢嘅量值等於 *IA*。

### 磁化強度

磁化 物料嘅磁化強度係佢單位體積嘅磁矩嘅局部值，通常用 **M** 嚟表示，單位係 A/m。 佢係一個 向量場，而唔只係一個向量（好似磁矩噉），因為喺一嚿磁鐵入面，唔同嘅區域可以用唔同嘅方向同埋強度嚟 磁化（例如，因為磁疇，睇下面）。一條好嘅條形磁鐵可能會有一個量值係 0.1 A·m2 嘅磁矩，同埋一個體積係 1 cm3，或者 1×10−6 m3，因此平均磁化強度量值係 100,000 A/m。鐵嘅磁化強度可以達到大約一百萬安培每米。咁大嘅值解釋咗點解鐵磁鐵喺產生磁場方面咁有效。

### 磁鐵建模

有兩種唔同嘅磁鐵模型：磁極同埋原子電流。

雖然喺好多用途上，將一嚿磁鐵諗做有明顯嘅北磁極同埋南磁極係好方便嘅，但係磁極嘅概念唔應該字面噉理解：佢只係一種指代磁鐵兩端唔同嘅方式。嚿磁鐵喺相對嘅兩邊冇明顯嘅北極粒子或者南極粒子。如果將一條條形磁鐵斷開做兩件，試圖分開北極同埋南極，結果會係兩條條形磁鐵，「每條」都有北極同埋南極。但係，專業磁學家會用磁極方法嘅一種變體嚟設計永久磁鐵。

喺呢種方法入面，磁鐵內部磁化強度 ∇·**M** 嘅 散度 會當做 磁單極子 嘅分佈嚟處理。呢個係數學上嘅方便，並唔意味住磁鐵入面真係有單極子。如果磁極分佈係已知嘅，咁磁極模型就會畀出 磁場 **H**。喺磁鐵嘅外部，場 **B** 同 **H** 成正比，而喺內部，磁化強度就一定要加到 **H** 度。鐵磁性理論入面用咗呢種方法嘅延伸，佢容許內部磁荷存在。

另一個模型係 安培 模型，喺呢個模型入面，所有磁化強度都係由於微觀或者原子嘅環形 束縛電流，又叫做安培環流，喺成嚿物料入面嘅效應造成嘅。對於一條均勻 磁化 咗嘅圓柱形條形磁鐵嚟講，微觀束縛電流嘅淨效應係令到嚿磁鐵嘅行為好似表面有一層宏觀嘅 電流 片流動噉，局部流動方向垂直於圓柱軸線。 物料內部原子入面嘅微觀電流通常會畀相鄰原子入面嘅電流抵消，所以只有表面先會做出淨貢獻；刮走一嚿磁鐵嘅外層「唔會」破壞佢嘅磁場，但係會留低一個新嘅表面，嗰個表面係嚟自成嚿物料入面嘅環形電流嘅未抵消電流。 右手定則 話畀我哋知帶正電荷嘅電流係邊個方向流動。但係，喺實踐入面，由於帶負電荷嘅電力而產生嘅電流更加普遍。

### 極性

磁鐵嘅北極定義為當嚿磁鐵自由懸掛嗰陣，指向北極 地磁北極 嘅磁極（磁極同埋 地理極 唔重合，睇 磁偏角）。由於異極（北極同埋南極）相吸，地磁北極實際上係地球磁場嘅「南極」。 實際上，要分辨一嚿磁鐵嘅邊個 磁極 係北極，邊個係南極，完全唔需要用到地球磁場。例如，一種方法係將佢同 電磁鐵 比較，電磁鐵嘅磁極可以用 右手定則 嚟識別。按照慣例，磁鐵嘅磁場線會被認為係從磁鐵嘅北極發出，然後喺南極重新進入。

### 磁性物料

「磁鐵」呢個詞通常係留畀一啲物體，佢哋就算喺冇施加磁場嘅情況下，都會產生自己嘅恆定磁場。只有某啲類別嘅物料先可以做到呢樣嘢。但係，大多數物料都會回應施加嘅磁場而產生磁場——呢種現象叫做磁性。磁性有幾種類型，而所有物料都至少展現其中一種。

一種物料嘅整體磁性行為可能會差異好大，取決於物料嘅結構，尤其係佢嘅 電子組態。喺唔同嘅物料入面觀察到幾種形式嘅磁性行為，包括：

鐵磁性 同埋 亞鐵磁性 物料係通常認為係有磁性嘅嗰啲；佢哋會畀磁鐵吸引，吸引力夠犀利到可以感覺到。呢啲物料係唯一一啲可以保持磁性同埋變成磁鐵嘅物料；一個常見嘅例子係傳統嘅 雪櫃磁石。亞鐵磁性物料，包括 鐵氧體 同埋用得最耐同埋天然存在嘅磁性物料 磁鐵礦 同埋 磁石，佢哋同鐵磁性物料相似，但係弱啲。鐵磁性物料同埋亞鐵磁性物料之間嘅分別同佢哋嘅微觀結構有關，正如 磁性 入面解釋嘅噉。

順磁性 物質，好似 鉑、鋁 同埋 氧氣，會微弱噉畀磁鐵嘅任何一極吸引。呢種吸引力比鐵磁性物料嘅吸引力弱幾十萬倍，所以佢只可以用靈敏嘅儀器或者用極強嘅磁鐵先可以探測到。磁性 磁流體，雖然佢哋係由懸浮喺液體入面嘅細小鐵磁性粒子整成嘅，但係有時會認為係順磁性嘅，因為佢哋唔可以 磁化。

反磁性 意思係畀兩極排斥。同順磁性同埋鐵磁性物質相比，反磁性物質，好似 碳、銅、水 同埋 塑膠，會更加微弱噉畀磁鐵排斥。反磁性物料嘅 磁導率 細過 真空嘅磁導率。所有唔具有其他類型磁性其中一種嘅物質都係反磁性嘅；呢個包括咗大多數物質。雖然普通磁鐵對反磁性物體嘅力太過微弱而感覺唔到，但係用極強嘅 超導磁鐵，反磁性物體，好似 鉛 嘅碎片，甚至老鼠 都可以 懸浮，所以佢哋會喺半空中浮起。超導體 會排斥佢哋內部嘅磁場，而且係強反磁性嘅。

仲有各種其他類型嘅磁性，好似 自旋玻璃、超順磁性、超反磁性 同埋 超磁性。

### 形狀

永久磁鐵嘅形狀對佢嘅磁性特性有好大影響。當一嚿磁鐵 磁化咗 之後，退磁場 會喺佢內部產生。正如個名暗示嘅噉，退磁場會起到 去磁 嚿磁鐵嘅作用，降低佢嘅磁性特性。退磁場嘅強度 H_d 同磁鐵嘅磁化強度 M 同埋形狀成正比，根據：
: H_d = -N_d M.
喺度，N_d 叫做退磁因子，佢嘅值取決於磁鐵嘅形狀而唔同。例如，如果嚿磁鐵係一個 球體，咁 N_d = \frac{1}{3}。

退磁因子嘅值亦都取決於磁化強度方向相對於磁鐵形狀嘅方向。由於球體從所有角度睇都係對稱嘅，所以退磁因子只有一個值。但係，一嚿形狀好似長 圓柱體 嘅磁鐵會產生兩個唔同嘅退磁因子，取決於佢係 平行 定 垂直 於佢嘅長度 磁化。

## 常見用途

磁記錄媒體：VHS 帶包含一卷 磁帶。組成影片同埋聲音嘅資訊係編碼喺磁帶上面嘅磁性塗層上面。常見嘅 錄音帶 都係靠磁帶。類似噉，喺電腦入面，軟碟 同埋 硬碟 都係將數據記錄喺一層薄嘅磁性塗層上面。

信用卡、扣賬卡 同埋 自動櫃員機 卡：所有呢啲卡嘅其中一邊都有磁條。呢條磁條編碼咗資訊，嚟聯絡個人嘅金融機構，並且連接到佢哋嘅戶口。 

舊式 電視（非平面螢幕）同埋舊式大型 電腦螢幕：包含 陰極射線管 嘅電視同埋電腦螢幕會用 電磁鐵 嚟引導電子去到螢幕。

感應器：永久磁鐵係製造磁性感應器嘅有用組件，用嚟探測運動、位移、位置等等。

喇叭 同埋 麥克風：大多數喇叭都用一嚿永久磁鐵同埋一個載流線圈，嚟將電能（訊號）轉換做機械能（產生聲音嘅運動）。個線圈纏繞喺一個 線軸 周圍，線軸連接到喇叭嘅 錐盆，並且攜帶訊號作為變化嘅電流，電流會同永久磁鐵嘅磁場相互作用。音圈 會感受到磁力，並且作為回應，會移動錐盆，並且加壓附近嘅空氣，從而產生 聲音。動圈式麥克風採用相同嘅概念，但係方向相反。一個麥克風有一個振膜或者薄膜，連接到一紮電線圈。個線圈放喺一個特殊形狀嘅磁鐵入面。當聲音震動薄膜嗰陣，個線圈都會震動。當個線圈喺磁場入面移動嗰陣，一個 電壓 會 感應 到喺個線圈兩端。呢個電壓會喺電線入面驅動一個電流，電流嘅特性係原始聲音嘅特性。

電結他 用磁性 拾音器 嚟將結他弦嘅震動轉換做電流，然後電流可以 放大。呢個同喇叭同埋動圈式麥克風背後嘅原理唔同，因為震動係由磁鐵直接感應到嘅，而且冇用到振膜。哈蒙德風琴 用咗類似嘅原理，用旋轉嘅 音輪 而唔係弦。

電動機 同埋 發電機：一啲電動機依賴 電磁鐵 同埋永久磁鐵嘅組合，而且，就好似喇叭噉，佢哋會將電能轉換做機械能。發電機就係相反：佢通過喺磁場入面移動導體，將機械能轉換做電能。

醫學：醫院用 磁力共振成像 嚟發現病人器官入面嘅問題，唔需要入侵性手術。

化學：化學家用 核磁共振 嚟描述合成嘅化合物。

夾頭 喺 金工 領域入面用嚟夾實物體。磁鐵亦都用於其他類型嘅緊固裝置，好似 磁力座、磁力夾 同埋 雪櫃磁石。

指南針：指南針（或者航海羅盤）係一個 磁化 咗嘅指針，佢可以自由噉對齊到磁場，最常見嘅係 地球磁場。

藝術：乙烯基磁鐵片可以貼喺畫作、相片同埋其他裝飾物品上面，令佢哋可以貼喺雪櫃同埋其他金屬表面上面。物體同埋油漆可以直接應用到磁鐵表面，嚟創作拼貼藝術品。金屬磁板、條、門、微波爐、洗碗機、汽車、金屬工字樑同埋任何金屬表面都可以用嚟做磁性乙烯基藝術。

科學項目：好多主題問題都係基於磁鐵嘅，包括載流電線嘅排斥、溫度嘅影響，同埋涉及磁鐵嘅電動機。

玩具：由於磁鐵喺近距離可以抵消重力，所以磁鐵經常喺細路仔嘅玩具入面使用，好似 磁力太空輪 同埋 懸浮子 噉，嚟達到有趣嘅效果。

雪櫃磁石 用嚟裝飾廚房，作為 紀念品，或者淨係用嚟將字條或者相片貼喺雪櫃門上面。

磁鐵可以用嚟製作珠寶。頸鏈同埋手鐲可以有磁性扣，或者可以完全由一系列連接嘅磁鐵同埋鐵珠組成。

磁鐵可以執起磁性物品（鐵釘、釘書釘、圖釘、萬字夾），佢哋可能太細、太難接觸到，或者太薄，手指夾唔住。一啲螺絲批會 磁化，都係為咗呢個用途。

磁鐵可以用喺廢料同埋回收作業入面，嚟將磁性金屬（鐵、鈷同埋鎳）同非磁性金屬（鋁、有色金屬合金等等）分開。相同嘅諗法可以用喺所謂嘅「磁鐵測試」入面，喺呢個測試入面，會用磁鐵檢查汽車底盤，嚟探測用玻璃纖維或者塑膠膩子維修過嘅區域。

磁鐵喺製程工業入面搵到，尤其係食品製造，目的係為咗從進入製程嘅物料（原材料）度移除金屬異物，或者喺製程結束嗰陣，同埋包裝之前，探測可能嘅污染。佢哋構成咗對製程設備同埋最終消費者嘅重要保護層。

磁懸浮運輸，或者 磁浮，係一種運輸形式，佢通過電磁力懸浮、引導同埋推進車輛（尤其係火車）。消除 滾動阻力 可以提高效率。磁浮列車嘅最高記錄速度係 。

磁鐵可以用嚟做一啲電線連接嘅 失效安全 裝置。例如，一啲手提電腦嘅電源線係磁性嘅，嚟防止絆倒嗰陣意外損壞個接口。MagSafe 連接到 Apple MacBook 嘅電源連接就係其中一個例子。

## 醫療問題同埋安全

由於人體組織對靜態磁場嘅 磁化率 水平非常低，所以冇乜主流科學證據表明暴露喺靜態磁場會對健康產生影響。但係，動態磁場可能係唔同嘅問題；由於人口統計學嘅相關性，已經假設咗 電磁輻射同埋癌症發病率之間嘅關聯（睇 電磁輻射與健康）。

如果人體組織入面存在鐵磁性異物，咁外部磁場同佢相互作用可能會構成嚴重嘅安全風險。

另一種類型嘅間接磁性健康風險涉及到心臟起搏器。如果 心臟起搏器 已經植入咗病人嘅胸部（通常目的係監測同埋調節心臟，令佢穩定噉 跳動），就應該小心噉令佢遠離磁場。正因為咁，裝咗呢個裝置嘅病人唔可以用磁力共振成像裝置嚟檢查。

細路仔有時會吞落嚟玩具入面嘅細小磁鐵，如果吞落嚟兩粒或者更多磁鐵，咁可能會好危險，因為啲磁鐵可能會夾住或者刺穿內部組織。

磁力成像裝置（例如 MRI）會產生巨大嘅磁場，因此預定容納佢哋嘅房間會排除鐵金屬。將鐵金屬製成嘅物體（好似氧氣罐）帶入呢啲房間會產生嚴重嘅安全風險，因為呢啲物體可能會畀強烈嘅磁場強力噉拋嚟拋去。

## 磁化鐵磁體

鐵磁性 物料可以用以下方式 磁化：

將物體加熱到高過佢嘅 居里溫度，容許佢喺磁場入面冷卻，並且喺佢冷卻嗰陣敲打佢。呢個係最有效嘅方法，而且同工業上用嚟製造永久磁鐵嘅製程相似。

將物品放喺外部磁場入面會導致物品喺移除之後保留一啲磁性。振動 已經證明可以增加效果。同地球磁場對齊嘅鐵金屬物料，如果受到振動（例如，輸送帶嘅框架），已經證明會獲得顯著嘅剩磁。同樣噉，用手指夾住一條鋼釘，然後用鎚仔喺南北方向敲打佢，會暫時 磁化 條釘。

撫摸：將一嚿現有嘅磁鐵從物品嘅一端移動到另一端，喺相同嘅方向重複移動（「單觸」方法），或者將兩嚿磁鐵從第三嚿磁鐵嘅中心向外移動（「雙觸」方法）。

電流：通過將電流流過線圈產生嘅磁場可以令磁疇排列好。一旦所有磁疇都排列好，增加電流都唔會增加磁化強度。

## 將鐵磁體去磁

磁化 咗嘅鐵磁性物料可以用以下方式 去磁（或者 消磁）：

加熱 一嚿磁鐵，令佢嘅溫度超過 居里溫度；分子運動會破壞磁疇嘅排列，完全將佢 去磁

將嚿磁鐵放喺一個交變磁場入面，強度要高過物料嘅 矯頑力，然後慢慢將嚿磁鐵拉出，或者慢慢將磁場降低到零。呢個係商業 消磁器 入面用嘅原理，用嚟將工具 去磁、抹走信用卡、硬碟 同埋 消磁線圈 入面嘅資訊，消磁線圈用嚟將 CRT 去磁。

如果磁鐵嘅任何部分受到高過磁性物料 矯頑力 嘅反向磁場作用，就會發生一啲 去磁 或者反向磁化。

如果磁鐵受到週期性磁場嘅作用，強度足以令磁鐵離開磁性物料 B–H 曲線（退磁曲線）嘅第二象限嘅線性部分，就會逐漸發生 去磁。

敲打或者震盪：機械干擾傾向於將磁疇隨機化，並且降低物體嘅磁化強度，但係可能會造成無法接受嘅損壞。

## 永久磁鐵嘅類型

### 磁性金屬元素

好多物料都有未成對嘅電子自旋，而呢啲物料嘅大多數都係 順磁性 嘅。當自旋以自旋自發對齊嘅方式相互作用嗰陣，呢啲物料就叫做 鐵磁性（通常寬鬆噉叫做有磁性）。由於佢哋規則 晶體 原子結構 導致佢哋嘅自旋相互作用嘅方式，一啲 金屬 喺天然狀態下，以 礦石 形式存在嗰陣，就係鐵磁性嘅。呢啲金屬包括 鐵礦石（磁鐵礦 或者 磁石）、鈷 同埋 鎳，仲有稀土金屬 釓 同埋 鏑（喺非常低溫嘅時候）。呢啲天然存在嘅鐵磁體喺最早嘅磁性實驗入面用到。自此之後，技術已經擴大咗磁性物料嘅可用性，包括各種人造產品，但係，所有產品都係基於天然磁性元素。

### 複合材料

陶瓷磁鐵，或者 鐵氧體 磁鐵，係用粉末狀氧化鐵同埋 鋇/鍶 陶瓷 嘅 燒結 複合材料 整成嘅。鑑於物料同埋製造方法嘅低成本，可以輕易噉大量生產各種形狀嘅廉價磁鐵（或者未 磁化 嘅鐵磁性磁芯，用於 電子元件，好似 手提式 AM 無線電天線）。產生嘅磁鐵唔會腐蝕，但係 脆，一定要好似其他陶瓷噉處理。

鋁鎳鈷合金 磁鐵係通過 鑄造 或者 燒結 鋁、鎳 同埋 鈷 同 鐵 嘅組合，再加入少量其他元素嚟增強磁鐵嘅特性嚟整成嘅。燒結提供咗優越嘅機械特性，而鑄造就提供咗更高嘅磁場，而且容許設計複雜嘅形狀。鋁鎳鈷合金磁鐵抗腐蝕，而且物理特性比鐵氧體更寬容，但係唔完全好似金屬噉理想。呢個系列合金嘅商品名包括：「Alni、Alcomax、Hycomax、Columax」同埋「Ticonal」。

注塑成型 磁鐵係各種 樹脂 同埋磁性粉末嘅 複合材料，容許通過注塑成型製造複雜形狀嘅零件。產品嘅物理特性同埋磁性特性取決於原材料，但係通常磁性強度較低，而且物理特性似 塑膠。

### 軟磁鐵

軟磁鐵係由高 矯頑力 鐵磁性 化合物（通常係 三氧化二鐵）同樹脂聚合物粘合劑混合而成嘅。 佢會擠壓成片狀，並且通過一排強大嘅圓柱形永久磁鐵嘅上方。呢啲磁鐵排列成一疊，喺旋轉軸上面，交替磁極向上（N、S、N、S...）。呢個做法會喺塑膠片上面印上交替線格式嘅磁極。冇用到電磁嚟產生磁鐵。極到極嘅距離大約係 5 mm，但係會隨住製造商而變化。呢啲磁鐵嘅磁性強度較低，但係可以非常柔軟，取決於用邊種粘合劑。

對於易受 晶界 腐蝕問題影響嘅磁性化合物（例如 Nd2Fe14B）嚟講，佢可以提供額外嘅保護。

### 稀土磁鐵

稀土（鑭系元素）元素有一個部分填充嘅 *f* 電子層（可以容納多達 14 個電子）。呢啲電子嘅自旋可以對齊，產生非常強嘅磁場，因此，呢啲元素用於緊湊嘅高強度磁鐵，喺呢啲應用入面，佢哋較高嘅價格唔係問題。最常見嘅稀土磁鐵類型係 釤鈷 同埋 釹鐵硼 (NIB) 磁鐵。

### 單分子磁體 (SMM) 同埋單鏈磁體 (SCM)

喺 1990 年代，人們發現一啲包含順磁性金屬離子嘅分子能夠喺非常低嘅溫度下儲存磁矩。佢哋同傳統喺磁疇層面儲存資訊嘅磁鐵非常唔同，而且理論上可以提供比傳統磁鐵密集得多嘅儲存媒體。喺呢個方向，目前正喺度進行 SMM 單層膜嘅研究。非常簡短噉講，SMM 嘅兩個主要屬性係：

一個大嘅基態自旋值 (*S*)，佢係由順磁性金屬中心之間嘅鐵磁性或者亞鐵磁性耦合提供嘅
零場分裂各向異性嘅負值 (*D*)

大多數 SMM 都包含錳，但係亦都可以喺釩、鐵、鎳同埋鈷簇入面搵到。最近，已經發現一啲鏈系統亦都可以展現喺較高溫度下持續好耐嘅磁化強度。呢啲系統叫做單鏈磁體。

### 納米結構磁鐵

一啲納米結構物料展現能量 波，叫做 磁振子，佢哋會聚結成一個共同嘅基態，方式就好似 玻色-愛因斯坦凝聚 噉。

### 無稀土永久磁鐵
美國能源部 已經確定咗喺永久磁鐵技術入面，需要搵到稀土金屬嘅替代品，並且已經開始資助呢類研究。高級研究計劃局-能源部 (ARPA-E) 已經贊助咗一個關鍵技術稀土替代品 (REACT) 計劃，嚟開發替代物料。喺 2011 年，ARPA-E 撥款咗 3,160 萬美元嚟資助稀土替代品項目。 氮化鐵係有希望成為無稀土磁鐵嘅物料。

### 成本

截至  最平嘅永久磁鐵，如果考慮埋磁場強度，就係軟磁鐵同埋陶瓷磁鐵，但係佢哋同時都係最弱嘅類型之一。鐵氧體磁鐵主要係低成本磁鐵，因為佢哋係用廉價嘅原材料製成嘅：氧化鐵同埋 Ba- 或者 Sr- 碳酸鹽。但係，一種新嘅低成本磁鐵，Mn–Al 合金， 已經開發出嚟，而且而家喺低成本磁鐵領域入面佔據主導地位。 佢嘅飽和磁化強度比鐵氧體磁鐵高。佢亦都有更加有利嘅溫度係數，雖然佢喺熱力學上可能唔穩定。
釹鐵硼 (NIB) 磁鐵係最強嘅其中一啲。呢啲磁鐵每公斤嘅成本比大多數其他磁性物料貴，但係，由於佢哋嘅強烈磁場，喺好多應用入面，佢哋更細更平。

### 溫度
溫度敏感度各不相同，但係當一嚿磁鐵加熱到一個叫做 居里點 嘅溫度嗰陣，佢會失去佢嘅所有磁性，就算喺冷卻到低過嗰個溫度之後都係噉。但係，啲磁鐵通常可以重新 磁化。

另外，一啲磁鐵係脆嘅，而且可能會喺高溫下斷裂。

鋁鎳鈷合金磁鐵嘅最高可用溫度係最高嘅，超過 ，鐵氧體同埋 SmCo 大約係 ，NIB 大約係 ，而軟陶瓷就更低，但係確切嘅數字取決於物料嘅等級。

## 電磁鐵

一個 電磁鐵，喺佢最簡單嘅形式入面，係一條電線，佢已經捲成一個或者多個環，叫做 螺線管。當電流流過電線嗰陣，就會產生磁場。佢集中喺線圈附近（尤其係內部），而且佢嘅磁場線同磁鐵嘅磁場線非常相似。呢嚿有效磁鐵嘅方向係由 右手定則 嚟決定嘅。電磁鐵嘅磁矩同埋磁場同電線環嘅數量、每個環嘅橫截面，同埋流過電線嘅電流成正比。

如果電線線圈纏繞喺一種冇特殊磁性特性嘅物料周圍（例如，紙板），佢會傾向產生非常弱嘅磁場。但係，如果佢纏繞喺一種軟鐵磁性物料周圍，好似鐵釘噉，咁產生嘅淨磁場可能會導致磁場強度增加幾百到幾千倍。

粒子加速器、電動機、廢品場起重機同埋 磁力共振成像 儀器都用到電磁鐵。一啲應用涉及嘅組態唔止係簡單嘅磁偶極子；例如，四極 同埋 六極磁鐵 用嚟 聚焦 粒子束。

## 單位同埋計算

對於大多數工程應用嚟講，MKS（有理化）或者 國際單位制 (Système International) 單位通常會用到。另外兩組單位，高斯單位制 同埋 CGS-EMU，喺磁性特性方面係相同嘅，而且喺物理學入面普遍使用。

喺所有單位入面，用兩種磁場類型 **B** 同埋 **H**，以及 磁化強度 **M**，佢哋定義為單位體積嘅磁矩，都係好方便嘅。

磁感應場 **B** 嘅國際單位制單位係特斯拉 (T)。**B** 係磁場，佢嘅時間變化會根據法拉第定律產生環流電場（電力公司賣嘅嘢）。**B** 亦都會對移動嘅帶電粒子產生偏轉力（好似喺電視顯像管入面噉）。特斯拉等同於磁通量（單位係韋伯）除以單位面積（單位係平方米），因此 **B** 嘅單位係磁通量密度。喺厘米-克-秒制入面，**B** 嘅單位係高斯 (G)。一特斯拉等於 104 G。
磁場 **H** 嘅國際單位制單位係安培匝數每米 (A-turn/m)。「匝數」之所以會出現，係因為當 **H** 由載流電線產生嗰陣，佢嘅值同嗰紮電線嘅匝數成正比。喺厘米-克-秒制入面，**H** 嘅單位係奧斯特 (Oe)。一安培匝數每米等於 4π×10−3 Oe。
磁化強度 **M** 嘅國際單位制單位係安培每米 (A/m)。喺厘米-克-秒制入面，**M** 嘅單位係奧斯特 (Oe)。一安培每米等於 10−3 emu/cm3。一嚿好嘅永久磁鐵嘅磁化強度可以達到一百萬安培每米咁大。
喺國際單位制單位入面，關係式 **B** = *μ*0(**H** + **M**) 成立，其中 *μ*0 係空間嘅磁導率，佢等於 4π×10−7 T•m/A。喺厘米-克-秒制入面，佢寫成 **B** = **H** + 4π**M**。（磁極方法喺國際單位制單位入面畀出 *μ*0**H**。國際單位制入面嘅一個 *μ*0**M** 項一定要補充呢個 *μ*0**H**，嚟畀出 **B** 內部嘅正確磁場，即係嚿磁鐵。佢會同用安培環流計算出嚟嘅磁場 **B** 一致）。

唔係永久磁鐵嘅物料通常滿足關係式 **M** = *χ***H**（喺國際單位制入面），其中 *χ* 係（無量綱嘅）磁化率。大多數非磁性物料嘅 *χ* 相對較細（大約百萬分之一），但係軟磁鐵嘅 *χ* 可以達到幾百甚至幾千嘅量級。對於滿足 **M** = *χ***H** 嘅物料，我哋亦都可以寫成 **B** = *μ*0(1 + *χ*)**H** = *μ*0*μ*r**H** = *μ***H**，其中 *μ*r = 1 + *χ* 係（無量綱嘅）相對磁導率，而 μ =μ0μr 係磁導率。硬磁鐵同埋軟磁鐵都有更複雜、取決於歷史嘅行為，呢啲行為由所謂嘅 磁滯迴線 嚟描述，佢哋畀出嘅係 **B** 對 **H** 或者 **M** 對 **H**。喺厘米-克-秒制入面，**M** = *χ***H**，但係 *χ*SI = 4*πχ*CGS，而且 μ = μr。

注意：部分原因係羅馬同埋希臘符號唔夠用，所以磁極強度同埋磁矩冇常用嘅商定符號。符號 *m* 既用於磁極強度（單位係 A•m，喺度直立嘅 m 代表米），又用於磁矩（單位係 A•m2）。符號 *μ* 喺一啲文獻入面用於磁導率，喺其他文獻入面就用於磁矩。我哋會用 *μ* 代表磁導率，用 *m* 代表磁矩。對於磁極強度，我哋會用 *q**m*。對於一條橫截面係 *A* 嘅條形磁鐵，佢嘅軸向磁化強度係均勻嘅 *M*，磁極強度由 *q<sub>m</sub>* = *MA* 畀出，所以可以認為 *M* 係單位面積嘅磁極強度。

### 磁鐵嘅磁場

喺遠離磁鐵嘅地方，由嗰嚿磁鐵產生嘅磁場幾乎總係用 偶極場 嚟描述（喺良好嘅近似下），偶極場嘅特徵係佢嘅總磁矩。無論磁鐵嘅形狀係點，只要磁矩唔係零，呢個講法都係啱嘅。偶極場嘅一個特徵係，磁場嘅強度隨住距離磁鐵中心嘅距離嘅立方反比噉下降。

喺更接近磁鐵嘅地方，磁場會變得更加複雜，而且更加取決於磁鐵嘅詳細形狀同埋磁化強度。形式上，磁場可以用 多極展開 嚟表示：一個偶極場，加上一個 四極 場，再加上一個八極場，等等。

喺近距離，好多唔同嘅磁場都係有可能嘅。例如，對於一條長而窄嘅條形磁鐵，佢嘅北極喺一端，南極喺另一端，喺任何一端附近嘅磁場都隨住距離嗰個磁極嘅 距離嘅平方反比 噉下降。

### 計算磁力

#### 單個磁鐵嘅拉力
一嚿畀定磁鐵嘅強度有時會用佢嘅「拉力」嚟畀出——佢拉動 鐵磁性 物體嘅能力。 冇氣隙嘅情況下（即係，鐵磁性物體直接接觸磁鐵嘅磁極），電磁鐵或者永久磁鐵施加嘅拉力由 麥克斯韋方程 畀出：
:F=},

其中：

*F* 係力（國際單位制單位：牛頓）

*A* 係磁極嘅面積嘅橫截面（單位係平方米）

*B* 係磁鐵施加嘅磁感應強度。

呢個結果可以用 吉爾伯特模型 輕易噉推導出嚟，吉爾伯特模型假設磁鐵嘅磁極帶有 磁單極子，磁單極子喺鐵磁性物體入面感應相同嘅嘢。

如果一嚿磁鐵垂直作用，佢可以舉起一個質量係 *m* 公斤嘅物體，質量由簡單嘅方程式畀出：

:m=,

其中 g 係 重力加速度。

#### 兩個磁極之間嘅力

古典 噉講，兩個磁極之間嘅力係由下式畀出嘅：

:F=\over{4\pi r^2}}

其中
:*F* 係力（國際單位制單位：牛頓）
:*q**m*1 同埋 *q**m*2 係磁極嘅量值（國際單位制單位：安培-米）
:*μ* 係介入介質嘅 磁導率（國際單位制單位：特斯拉 米 每 安培，亨利每米或者牛頓每安培平方）
:*r* 係間隔（國際單位制單位：米）。

磁極描述對於設計現實世界磁鐵嘅工程師嚟講係有用嘅，但係真磁鐵嘅磁極分佈比單個北極同埋南極複雜得多。因此，磁極概念嘅實施唔簡單。喺一啲情況下，下面畀出嘅更複雜嘅公式之一會更加有用。

#### 面積係 ''A'' 嘅兩個附近磁化表面之間嘅力

兩個附近 磁化 表面之間嘅機械力可以用以下方程式嚟計算。呢個方程式只適用於 邊緣效應 嘅影響可以忽略不計，而且氣隙嘅體積遠細過磁化物料嘅體積嘅情況：
:F=\frac{\mu_0 H^2 A}{2} = \frac{B^2 A}{2 \mu_0}
其中：
:*A* 係每個表面嘅面積，單位係 m2
:*H* 係佢哋嘅磁化場，單位係 A/m
:*μ*0 係空間嘅磁導率，佢等於 4π×10−7 T•m/A
:*B* 係磁通量密度，單位係 T。

#### 兩條條形磁鐵之間嘅力

兩條相同嘅圓柱形條形磁鐵，頭尾相接噉放置喺遠距離 z\gg R 嘅力，近似值係：,
:F \simeq \left[\frac {B_0^2 A^2 \left( L^2+R^2 \right)} {\pi\mu_0L^2}\right] \left[{\frac 1 {z^2}} + {\frac 1 {(z+2L)^2}} - {\frac 2 {(z+L)^2}} \right]

其中：

:*B<sub>0</sub>* 係非常接近每個磁極嘅磁通量密度，單位係 T，
:*A* 係每個磁極嘅面積，單位係 m2，
:*L* 係每條磁鐵嘅長度，單位係 m，
:*R* 係每條磁鐵嘅半徑，單位係 m，同埋
:*z* 係兩條磁鐵之間嘅間隔，單位係 m。

:B_0 ,=, \frac{\mu_0}{2}M 將磁極處嘅磁通量密度同磁鐵嘅磁化強度聯繫起嚟。

請注意，所有呢啲公式都係基於吉爾伯特模型，吉爾伯特模型喺相對較遠嘅距離係可以用嘅。喺其他模型入面（例如，安培模型），用咗更複雜嘅公式，有時無法解析噉解決。喺呢啲情況下，一定要用 數值方法。

#### 兩條圓柱形磁鐵之間嘅力

對於半徑係  R  同埋長度係 L 嘅兩條圓柱形磁鐵，佢哋嘅磁偶極子對齊咗，喺遠距離 z\gg R 嘅力可以近似噉表示為：

:
F(z) \simeq \frac{\pi\mu_0}{4} M^2 R^4 \left[\frac{1}{z^2} + \frac{1}{(z+2L)^2} - \frac{2}{(z + L)^2}\right]


其中 M 係磁鐵嘅磁化強度，而 z 係磁鐵之間嘅間隙。
非常接近磁鐵嘅磁通量密度嘅量度  B_0  大約同 M 相關，關係式係：

:
B_0 = \frac{\mu_0}{2} M


有效磁偶極子可以寫成：

:
m = M V


其中 V 係磁鐵嘅體積。對於圓柱體嚟講，佢係 V = \pi R^2 L。

當 z\gg L 嗰陣，會得到點偶極子近似：

:
F(x) = \frac{3\pi\mu_0}{2} M^2 R^4 L^2\frac{1}{z^4} = \frac{3\mu_0}{2\pi} M^2 V^2\frac{1}{z^4} = \frac{3\mu_0}{2\pi} m_1 m_2\frac{1}{z^4}


佢同兩個磁偶極子之間嘅力嘅表達式匹配。

## 睇埋

偶極磁鐵

恩紹定理

駐極體

電磁場

電磁學

霍爾巴赫陣列

磁性納米粒子

磁性開關

磁電機

磁化學

基於分子嘅磁鐵

單分子磁體

超級磁鐵

## 註釋

## 參考文獻

"The Early History of the Permanent Magnet". Edward Neville Da Costa Andrade, Endeavour, Volume 17, Number 65, January 1958. 包含咗對早期生產永久磁鐵方法嘅出色描述。

"positive pole n". *The Concise [[牛津英語詞典]]*. Catherine Soanes and Angus Stevenson. 牛津大學出版社, 2004. Oxford Reference Online. Oxford University Press.

Wayne M. Saslow, *Electricity, Magnetism, and Light*, Academic (2002). . 第 9 章討論咗用磁極概念嚟描述嘅磁鐵同埋佢哋嘅磁場，但係佢亦都畀出咗證據，表明磁極喺普通物質入面並唔真係存在。第 10 章同埋第 11 章，遵循咗一種睇落好似 19 世紀嘅方法，用磁極概念嚟獲得描述電流磁性嘅定律。

Edward P. Furlani, *Permanent Magnet and Electromechanical Devices:Materials, Analysis and Applications,* Academic Press Series in Electromagnetism (2001). .

## 出面嘅連結

*磁鐵係點樣整出嚟嘅  （影片）
*浮環磁鐵，IAPT 公報，第 4 卷，第 6 期，145 (2012 年 6 月)。（印度物理教師協會 嘅出版物）。
*電學同埋磁學嘅簡史