所有磁性科學(xué)的基礎都始于鐵。它存在于設計和制造的大多數永磁和軟磁材料中。它在自然界中含量豐富，數量排名第四，質(zhì)量排名第一;使其相對便宜。人類(lèi)有數千年使用鐵的經(jīng)驗。由于它的強度、豐富度和低熔點(diǎn)，它易于提取、鍛造和維護。如果沒(méi)有保護層(例如電鍍)，鐵會(huì )與氧和氫(空氣、水和其他分子)結合并產(chǎn)生銹蝕 [FeO(OH), Fe(OH)3]。

鐵是鐵磁性的;最強的磁性類(lèi)型，因鐵的磁性而以鐵(拉丁語(yǔ)中的ferrum)命名。這是 2000 多年前通過(guò)對自然界中發(fā)現的一種叫做磁石(它是 Fe3O4.一種在某些巖石中發(fā)現的稱(chēng)為磁鐵礦的氧化鐵的穩定版本)的研究發(fā)現的，這導致了我們今天在物理學(xué)中對磁性的研究。在磁石中引起鐵磁性的鐵是磁性的，因為原子本身具有“磁矩”;與施加的磁場(chǎng)相互作用以產(chǎn)生機械力矩的原子或分子的特性(當存在磁場(chǎng)時(shí)它會(huì )移動(dòng))。

這種永磁矩在大多數元素中不存在，它來(lái)自于它們的電子的自旋和位置(每個(gè)原子至少包含一個(gè)中子、質(zhì)子和電子)。原子中的電子圍繞中子和質(zhì)子旋轉，同時(shí)它們旋轉。這個(gè)移動(dòng)的電子(包含已知的負電荷)在圍繞原子核移動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)(所有移動(dòng)的電荷都會(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)，這不僅適用于具有磁矩的原子)。如果該場(chǎng)沒(méi)有與其他電子和移動(dòng)電荷正確平衡，則可以測量?jì)舸艌?chǎng)。鐵具有永久磁矩，這意味著(zhù)由于移動(dòng)的電子配置(軌道和自旋)，原子本身是一個(gè)微小的電磁體。

當堆疊在一個(gè)分子中(例如多個(gè)鐵原子、鋼或磁鐵)時(shí)，不同原子的原子間力必須保持許多原子的磁矩相互平行。如果其他帶有鐵的原子具有朝向另一個(gè)方向的永久磁矩或干擾鐵的磁矩，則末端分子可能不是鐵磁性的(例如，300系列不銹鋼大多是非磁性的或順磁性的)。請參閱下面的圖 1.以了解保持磁矩未對齊(左)的粒子相互抵消彼此的磁矩并對齊(右)將它們的磁矩相加的原子間力的示例。帶來(lái)，即使是一大塊鐵，升高到一定的溫度會(huì )導致原子間鍵的作用不同(鐵原子的磁矩會(huì )突然朝向不同的方向并相互抵消)。該溫度稱(chēng)為居里溫度。

這是一個(gè)顯示磁矩位置的圖表，而未對齊和原子間平行。鐵是磁性研究中必不可少的元素，存在于大多數磁性材料中，包括永久磁性材料和軟磁性材料。它價(jià)格便宜，易于操作，并且使用正確的相應原子可以幫助制造我們今天擁有的強永磁材料。