它们是顺磁物质
抗磁、顺磁和铁磁
前面的讨论完全没有涉及到磁介质问题.安培的分子电流假设有助于说明物质的磁化现象.小磁体的磁场与环形电流的磁场类似,所以按照安培的假设,物质内部的分子犹如一枚枚小磁体,在通常情况下由于热运动,这些小磁体随意取向,因此物体并不显现磁性.当存在外磁场时,物体内部的这些小磁体由于受到磁场作用而趋向外场方向,因而便显示出磁性.
从现代物质结构的观点来看,安培的解释是有道理的,不过情况并不如此简单.我们现在知道,物质的磁性通常有三类：抗磁性、顺磁性和铁磁性.法拉第最早从实验上发现抗磁性.1846年他发现将一块铋移近强磁铁的磁极时,它会被推开.他于是把铋、钼、二氧化碳、氯化钠这一类物质称为抗磁质.原子中的电子绕原子核作轨道运动,因此整个原子核便像一只转动着的陀螺.外加磁场对轨道运动电子的作用力将使这只“陀螺”绕着外场方向产生一附加的进动运动.由于电子带负电,这种进动所产生的附加磁矩方向与外磁场方向相反,因而出现抗磁性.
与抗磁性物质的情况不同,若将一块顺磁质或铁磁质移近磁铁的磁极时,它将被吸引.物质的顺磁性和铁磁性起源于电子的“自旋磁矩”.现已发现,物质原子中的电子不仅存在轨道运动,而且存在“自旋”.与自旋运动相联系的磁矩叫做自旋磁矩或本征磁矩.实验还发现,不论在何种条件下电子的自旋磁矩总取一个恒定的值（9.3×10-24安培·米2）.不存在外磁场时由于物质中的这种磁矩取向任意,因而整个物体并不呈现磁性；在引进外磁场后,电子的自旋磁矩有转向外场方向取向的倾向,因而物体将在沿着外场方向发生磁化.
在相同条件下铁磁质的磁化程度会比一般顺磁质强成百甚至上万倍,这主要是由于铁磁质的“磁畴”结构.所谓磁畴,就是存在于铁磁质内部的“自发”磁化小区域,它的线度通常约为10-2—10-4毫米,其中约包含1015个原子.用显微镜可以观察到这种结构.在外磁场作用下,这种所含原子磁矩已完全定向排列的自发磁化小区域,将作为整体趋向外场方向,因而磁化效果非常显著.
通过前面的介绍我们知道,抗磁性来源于电子的轨道运动,顺磁性来源于电子的自旋.实际中发现,抗磁性是物质的一种普遍属性,或者说,任何物质都会呈现出抗磁性.这当然是可以理解的,因为任何物质原子中的电子都具有轨道运动.但是顺磁性却并非如此,许多物质并不呈现出顺磁性,虽然电子自旋磁矩也是普遍存在的.这个现象可解释如下：大部分物质中的电子常形成电子对,而成对电子的自旋磁矩方向由于某种量子效应原因恰巧相反取向,因而磁矩完全抵销.只有当原子中的电子数为奇数,或者由于某种原因电子对的磁矩并不相消时,物体才呈现出顺磁性.
最后我们还要指出,安培关于磁归结为电的想法只是在效果一致这一点上是正确的.粒子自旋磁矩的场与一小电流回路的场等效.但是粒子的自旋磁矩是否真的起源于内部存在的环形电流?这在目前还很难作出结论.例如电子的自旋磁矩与核子相比约大一千倍,但迄今实验上尚未发现它有内部结构.这种情况同样存在于u子.此外,如中子和中微子,它们是电中性粒子,但却都具有磁矩.在宏观现象中,例如地球、太阳及天体磁场的起源问题至今也尚未得到解释,都需要进一步加以研究.
