磁铁作用原理，为何没有磁铜磁铝

我们都知道磁铁，但我们有没有想过：为何非要是“磁铁”，能不能是“磁铜”或者“磁铝”？我们查一下磁性说明可以知道，所有元素中只有铁钴镍具有磁性。为何是这样？

我们都知道“电流可以产生磁场”，所以我们可以很轻易的推论出：电子圆周运动可以产生磁场，进一步推论：能量质点的圆周运动可以产生磁场。

我们可以从事实进行反推：既然只有铁钴镍可以产生磁场，那么应该就是这几种原子的核外电子有什么特别的地方。

我们知道所有原子都有核外电子，电子的运动有两种：1：自旋，2：绕原子核运动。

对于电子的自旋运动，我们假设其会产生“磁场”，那么我们可以想象，这个磁场发生力的作用后，只能推动电子自己，不可能推动原子核。所以，如果这个磁场发生的作用，则会产生“电子的运动”，原子核本身并不会动。所以结果是产生电流，而非对物质的磁场推动力。所以电子自旋一定不是磁铁产生作用的内在原因。

对于电子的绕原子核运动，这个运动的中心点是原子核，如果对这个运动的整体产生影响，那么就存在推动原子核运动的可能性了。

但是核外电子绕原子核运动并非呈现圆周运动，而是呈现电子云状态。

我们观察一下电子云形态：

1s轨道：

2p轨道：

3d轨道:

4f轨道：

我们可以看到，只有3d轨道中有一个电子圆周运动的情况，即蓝框圈起来的那个。

所以，只有原子具有在该轨道运动，且不被束缚的电子，才能产生宏观磁性。

我们再看看元素周期表及核外电子排布：

19

钾K

1s2 2s2p6 3s2p6 4s1

20

钙Ca

1s2 2s2p6 3s2p6 4s2

21

钪Sc

1s2 2s2p6 3s2p6d1 4s2

22

钛Ti

1s2 2s2p6 3s2p6d2 4s2

23

钒V

1s2 2s2p6 3s2p6d3 4s2

24

铬Cr

1s2 2s2p6 3s2p6d5 4s1

25

锰Mn

1s2 2s2p6 3s2p6d5 4s2

26

铁Fe

1s2 2s2p6 3s2p6d6 4s2

27

钴Co

1s2 2s2p6 3s2p6d7 4s2

28

镍Ni

1s2 2s2p6 3s2p6d8 4s2

29

铜Cu

1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s1

30

锌Zn

1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2

根据电子排布规则的洪特规则：电子填充状态为半充满，全充满时，原子比较稳定。

所谓“稳定”，形象的解释就是“电子被绑定了”，绑定了自然不能再产生磁性。也就是只有当d轨道中电子处于非稳定态时，才可能产生宏观磁性。

我们可以看到，在钙元素之前，d轨道中没有电子。而到铜元素只有，d轨道全部呈现全充满的状态。从钙到铜中间的元素：铬锰的d轨道处于半充满，也是稳定态。

所以只有：钪钛钒，铁钴镍这几种元素可能会具有宏观磁性。而“钪钛钒”这三种，因填充电子顺序问题，所以也没能具有绕原子圆周运动的电子，导致也没能有宏观磁性。

这样，最后就剩下了铁钴镍这三种元素可以产生宏观磁性。

根据此原理，其实只要“让电子在（xyz）空间中产生圆周运动”，即可产生人工制造的磁性，这就是线圈。

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