磁源

追根究柢，磁有兩種源頭：

對於磁性物質，磁極化的主要源頭是以原子核為中心的電子軌域運動，和電子的內秉磁矩（請參閲條目電子磁偶極矩）。與這些源頭相比，核子的核子磁矩顯得很微弱，強度是電子磁矩的幾千分之一。當做一般運算時，可以忽略核子磁矩。但是，核子磁矩在某些領域很有用途，例如，核磁共振、核磁共振成像。

通常而言，在物質內部超多數量的電子，它們各自的磁矩（軌域磁矩和內稟磁矩）會互相抵銷。這是因為兩種機制：一種機制是遵守泡利不相容原理的後果，匹配成對的電子都具有彼此方向相反的內秉磁矩；另一種機制是電子趨向於填滿次殼層，達成淨軌域運動為零。對於這兩種機制，電子排列會使得每一個電子的磁矩被完全抵銷。當然，不是每一種物質都具有這麼理想的屬性，但甚至當電子組態仍有尚未配對的電子或尚未填滿的次殼層，通常，在物質內部的各個電子，會貢獻出隨機方向的磁矩，結果是這些物質不具有磁性。

但是，有時候，或許是自發性效應，或許是由於外磁場的施加，物質內的電子磁矩會整齊地排列起來。由於這動作，很可能會造成強烈的淨磁矩與淨磁場。

由於前面表述的原因，物質的磁行為與其結構有關，特別是其電子組態。在高温狀況，隨機的熱運動會使得電子磁矩的整齊排列更加困難。 ^[1] 

常見的永磁體如：鐵氧體磁鐵，釹鐵硼磁體，地球磁場，太陽磁場，在相當長的時間內不發生變化，我們可以稱為恆磁磁源。

恆磁磁源做功一般我們只能利用它的磁力勢能。磁力勢能做功表現為磁源對導磁體的引力，磁源與磁源的引力 斥力及扭力（如指南針的指向扭力）；磁力常數是個對數（即：S極和N極產生的磁通閉合迴路），因磁路長度有限，因此磁程也有限，所以磁力常數不同於萬有引力常數。

交流電流產生的磁通，交變電場產生的交流磁場屬於交流磁源，是近代人類的輝煌成果，也是人類利用最多的能源，如：電動機，變壓器，電磁波都屬交流磁源的利用。 ^[2] 

磁學和電學有着直接的聯繫，合併稱為電磁學。電磁學是研究電與磁彼此之間相互關係的一門學科。靜磁學是電磁學的一個分支，研究穩定磁場下的性質。微磁學是研究介觀尺度下鐵磁體的磁化過程。磁化學是研究化學物質與電磁場的關係。 ^[3] 

抗磁性是物質抗拒外磁場的趨向，因此，會被磁場排斥。所有物質都具有抗磁性。可是，對於具有順磁性的物質，順磁性通常比較顯著，遮掩了抗磁性。只有純抗磁性物質才能明顯地被觀測到抗磁性。例如，惰性氣體元素和抗腐蝕金屬元素（金、銀、銅等等）都具有顯著的抗磁性。當外磁場存在時，抗磁性才會表現出來。假設外磁場被撤除，則抗磁性也會遁隱形跡。

在具有抗磁性的物質裏，所有電子都已成對，內秉電子磁矩不能集成宏觀效應。抗磁性的機制是電子軌域運動，用經典物理理論解釋如下：

由於外磁場的作用，環繞着原子核的電子，其軌域運動產生的磁矩會做拉莫爾進動，從而產生額外電流與伴隨的額外磁矩。這額外磁矩與外磁場呈相反方向，抗拒外磁場的作用。由這機制所帶來的磁化率與温度無關，以方程表達為

其中，

是磁常數，

是原子數量密度，

是原子序，

是磁場，

是電子質量，

是軌道半徑。

是

的量子力學平均值。

特別注意，這解釋只能用來啓發思考。正確的解釋需要依賴量子力學。

鹼金屬元素和除了鐵、鈷、鎳以外的過渡元素都具有順磁性。在順磁性物質內部，由於原子軌域或分子軌域只含有奇數個電子，會存在有很多未配對電子。遵守泡利不相容原理，任何配對電子的自旋，其磁矩的方向都必需彼此相反。未配對電子可以自由地將磁矩指向任意方向。當施加外磁場時，這些未配對電子的磁矩趨於與外磁場呈相同方向，從而使磁場更加強烈。假設外磁場被撤除，則順磁性也會消失無蹤。

一般而言，除了金屬物質以外，順磁性與温度相關。由於熱騷動（thermal agitation）造成的碰撞會影響磁矩整齊排列，温度越高，順磁性越微弱；温度越低，順磁性越強烈。

在低磁場，足夠高温的狀況，根據居里定律，磁化率與絕對温度T的關係式為

其中，C是依不同物質而定的居里常數。 ^[4] 

在鐵磁性物質內部，由於原子的磁矩不等於零，每一個原子的表現就好似微小的永久磁鐵。假設聚集於一個小區域的原子，其磁矩都均勻地同向平行排列，則稱這小區域為磁疇或外斯疇（Weiss domain）。使用磁力顯微鏡（magnetic force microscope），可以觀測到磁疇。

磁疇的存在是能量極小化的後果。這是物理大師列夫·朗道和葉津·李佛西茲（Evgeny Lifshitz）提出的點子。假設一個鐵磁性長方體是單獨磁疇，則會有很多正磁荷與負磁荷分別形成於長方塊的頂面與底面，從而擁有較強烈的磁能。假設鐵磁性長方塊分為兩個磁疇，其中一個磁疇的磁矩朝上，另一個朝下，則會有正磁荷與負磁荷分別形成於頂面的左右邊，又有負磁荷與正磁荷相反地分別形成於底面的左右邊，所以，磁能較微弱，大約為一半。假設鐵磁性長方塊是由多個磁疇組成，則由於磁荷不會形成於頂面與底面，只會形成於斜虛界面，所有的磁場都包含於長方塊內部，磁能更微弱。這種組態稱為“閉磁疇”（closure domain），是最小能量態。

將鐵磁性物質置入外磁場，則磁疇壁會開始移動，假若磁疇的磁矩方向與外磁場方向近似相同，則磁疇會擴大；反之，則會縮小。這時，假若關閉磁場，則磁疇可能不會回到原先的未磁化狀態。鐵磁性物質已被磁化，形成永久磁鐵。

假設磁化足夠強烈，所有會擴大的磁疇吞併了其它磁疇，結果只剩下單獨一個磁疇，則此物質已經達到磁飽和。再增強外磁場，也無法更進一步使物質磁化。

假設外磁場為零，現將已被磁化的鐵磁性物質加熱至居里温度，則物質內部的分子會被大幅度熱騷動，磁疇會開始分裂，每個磁疇變得越來越小，其磁矩也呈隨機方向，失去任何可偵測的磁性。假設將物質冷卻，則磁疇結構會自發地回覆，就好像液體凝固成固態晶體一樣。

像鐵磁性物質一樣，當磁場不存在時，亞鐵磁性物質仍舊會保持磁化不變；又像反鐵磁性物質一樣，相鄰的電子自旋指向相反方向。這兩種性質並不互相矛盾，在亞鐵磁性物質內部，分別屬於不同次晶格的不同原子，其磁矩的方向相反，數值大小不相等，所以，物質的淨磁矩不等於0，磁化強度不等於零，具有較微弱的鐵磁性。

由於亞鐵磁性物質是絕緣體。處於高頻率時變磁場的亞鐵磁性物質，由於感應出的渦電流很少，可以允許微波穿過，所以，可以做為像隔離器、循環器、迴旋器等等微波器件的材料。

由於組成亞鐵磁性物質的成分必需分別具有至少兩種不同的磁矩，只有化合物或合金才會表現出亞鐵磁性。常見的亞鐵磁性物質有磁鐵礦（Fe₃O₄）、鐵氧體（ferrite）等等。 ^[5] 

當鐵磁體或亞鐵磁體的尺寸足夠小的時候，由於熱騷動影響，這些奈米粒子會隨機地改變方向。假設沒有外磁場，則通常它們不會表現出磁性。但是，假設施加外磁場，則它們會被磁化，就像順磁性一樣，而且磁化率超大於順磁體的磁化率。 ^[6]