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为什么磁铁能吸引铁却不能吸引木头和铝?

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为什么磁铁能吸引铁却不能吸引木头和铝?

发布日期:2018-03-09 作者: 点击:

大家小时候一定玩过磁铁,肯定也发现过这样的现象:磁铁可以吸引铁钉、铁片之类的铁制品,却不能吸引木头桌子或者铝锅,这是为什么呢?

要理解固体中的磁性,先要认识电子的量子特性--自旋。就像电荷、质量一样,自旋也是微观粒子的内禀属性,它并不是微观粒子的自转引起的,而是量子化的必然特性。电子自旋会产生自旋磁矩,电子绕原子核运动还会产生轨道磁矩,磁矩的方向垂直于回路平面,磁矩可以看成是一个个小磁针。如果有序排列的原子磁矩大小相同并且方向相同,那么材料整体将体现磁性。

实验表明,任何物质在外磁场中都或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同。铁是一种铁磁性材料。铁磁性材料中相邻原子或离子的磁矩间存在一定的相互作用(限制),会使某些区域中磁矩大致按同一个方向排列,这样就形成了一个磁畴,磁畴内的磁性非常强。材料内部有许多这样的磁畴,但是不同磁畴的磁矩取向是随机的,材料整体上并不表现出强磁性。磁铁吸引铁的主要原因是铁本身发生了自发磁化,并形成一个自发磁化区即磁畴。铁磁类物质磁化后,内部的磁畴会整齐划一地排列起来,使整体表现出磁性,从而可以被磁铁所吸引。除了铁以外,钴、镍、钆、钕等过渡金属和稀土金属都具有自发磁化性质。撤去磁铁之后,有的铁磁材料仍可保持磁畴有序排列而保留磁性,有的则会很快消失磁性。纯铁的磁性就不容易保持,而掺入一定量的碳等杂质铸成的钢磁性就很好。目前发现最强的永磁体是钕铁硼材料,因其优异的磁性而被称为“磁王”,在现代工业和电子技术中都有着重要的应用。

木头内部没有磁畴,其原子中电子磁矩是相互抵消的,当受到外磁场作用时,会产生反抗外磁场的微小磁矩,导致不能被吸引。铝则是一种顺磁性物质,未受磁场作用时,磁矩无序排列,加外磁场之后,磁矩趋向于和外磁场一致,但是一致性没有铁磁性材料强,所以普通磁铁并不能吸引铝块。

固体材料的磁性也与材料的温度有关。对于铁磁材料,在一定温度以上,原子的热振动过于剧烈而打乱原来一致排列的磁矩,材料会从铁磁体过渡到顺磁体,对应的温度点叫作居里点。家用的电饭煲就是利用了铁磁体的居里点,当锅中米饭加热到103℃附近时,达到了电饭煲下面的铁磁材料的居里点,退磁后的磁钢片吸引力大大降低,从而自动断开了加热开关,让电饭煲进入保温状态,这样米饭既能煮熟又不会糊掉。


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