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  • 1 # 浮躁中獨行

    先說說磁鐵的原理:

    (1)我們知道,常見物質幾乎都由原子組成;

    (2)核外電子繞著原子核運動,於是運動電荷產生磁場,有些物質就會出現單個原子淨磁矩不為零的情況;

    (3)一般情況下,物質內部磁矩排列不規律,導致物質整體的磁矩為零;

    (4)但是對於鐵磁性物質,相鄰原子之間會發生相互作用,然後許多相鄰原子組成“磁疇”,每個磁疇從幾微米到幾毫米不等,就如一個一個的小磁針;

    (5)這些大大小小的磁疇,在無外力作用下方向隨機,整體不顯磁性;一旦有外部磁場存在,這些磁疇就好像受到命令一般,磁矩偏向於同一方向,然後整體顯磁性,被磁鐵吸引;

    (6)當外部磁場撤除後,部分磁疇的磁矩方向有可能無法還原,於是整體顯現出微弱的磁性,於是我們說鐵被磁化了;

    (7)當鐵磁性物質被加熱後,分子的熱運動變得劇烈,當熱運動的動能大於相鄰原子間的作用能時,鐵磁性物質就會轉變為順磁性物質,此時對外部磁場的反應弱,表現為不再被磁鐵吸引,這個臨界溫度稱之為“居里點”;

    比如家裡電飯鍋的底部,就有一塊鐵磁性物質,居里點一般為103℃,當鍋裡的水燒乾後,鍋內溫度上升到103℃,該物質不再被電磁鐵吸引產生動作,從而斷開加熱電源。

    我們小時後都玩過吸鐵石,玩吸鐵石的過程中我們都發現只要是鐵作成的東西都能吸的起來,但是當我們去吸家裡的鋁鍋的時候卻怎麼也吸不住,這又是為什麼呢?今天我們看看吸鐵石為什麼不能吸引鋁。

    磁力對所有的金屬都會產生作用力的,會被吸鐵石強烈吸引的叫做鐵磁體。金屬整體的電子是按照大“分子”軌道整體排列的。可以用對稱性原理還原成兩個金屬原子之間的分子軌道,它們性質相同。這時會發現,這本身是軌道能量級別和自旋相斥兩種規律同時作用,鐵會有幾個不成對的電子。

    這些電子分佈在最高能級幾個“平行”的軌道上。由於有這種單自旋電子,也就是不成對電子,所以在吸鐵石的作用下內部的磁力受到影響,整齊的排列起來,這樣吸鐵石和鐵就會被相互吸引。

    有的金屬只能被吸鐵石輕微吸引,這種金屬叫做順磁鐵。而鋁是順磁性物質,它內部的磁力十分的穩定,各個原子之間幾乎沒有磁作用,沒有自發磁化,無磁場時熱運動使各個磁場混亂,在由外部的磁力影響下鋁內部的原子也會隨著外部磁力方向發生改變,但產生所產生影響非常小,大約只有鐵的千萬分之一,所以不能或者感覺不到被吸鐵石吸引,對磁力傳播所起作用也非常微弱。

    經過千百年的發展,今天磁鐵已成為我們生活中的強力材料。透過合成不同材料的合金可以達到與吸鐵石相同的效果,而且還可以提高磁力。在18世紀就出現了人造的磁鐵,但製造更強的過程卻十分緩慢,直到20世紀20年代製造出(Alnico)。隨後,20世紀50年代製造出了(Ferrite),70年代製造出稀土磁鐵[Rare Earth magnet 包括釹鐵硼(NdFeB)和釤鈷(SmCo)]。至此,科技得到了飛速發展,強磁材料也使得元件更加小型化。

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