除了鐵之外,能夠被磁鐵或者磁場吸引的少數(shù)金屬還包括鈷,、鎳,、鏑和釓,。那么,為什么只有一些金屬能被磁鐵吸引,?磁鐵吸引金屬的原理是什么,? 磁力的來源 從本質上來講,磁力是電磁力,,這是四大基本自然力之一,。磁力的產(chǎn)生需要從原子尺度上進行解釋。 對于一個原子,,其中心是由質子和中子組成的原子核(氕核只有質子),,外圍則是繞核運動的電子。但不像行星那樣會在確切的軌道上環(huán)繞恒星運動,,電子出現(xiàn)的位置是隨機的,,只能知道電子出現(xiàn)在某個位置的概率。 根據(jù)量子力學,,電子的自旋以及電子在軌道上的運動都會產(chǎn)生一個偶極子磁矩,,這樣就會形成磁場。同樣地,,自旋的原子核也會形成磁場,,只是這遠弱于電子磁矩所產(chǎn)生的磁場。原子中的各種磁矩會有疊加和抵消,,從而表現(xiàn)出一個總磁矩——原子磁矩,。 在磁鐵或者磁場的作用下,鐵,、鎳,、釓等金屬的原子磁矩排列會變得高度有序,這會互相疊加產(chǎn)生一個凈磁矩,,從而形成一個磁場,,這些金屬就會被磁化。因此,,鐵,、鎳、釓等金屬與磁鐵之間會有強大的電磁力作用,,這就是磁力,,導致鐵、鎳,、釓等金屬會被磁鐵吸引,。而諸如銅、鋁等其他金屬的原子磁矩不會在磁鐵的作用下變得高度有序,,所以它們無法產(chǎn)生足夠強的磁場來被磁鐵吸引,。 磁力的消失 另外,,物體的鐵磁性與溫度有關。隨著溫度的升高,,分子的動能增加,,熱運動變得更加劇烈。當溫度達到一個臨界點時,,原子磁矩的排列不再有序,,凈磁矩會變?yōu)榱悖F磁性也就會消失,,此時的溫度為居里溫度。如果溫度降到居里溫度之下,,鐵磁性又會恢復,。 鐵的居里溫度為770攝氏度,鎳的為354攝氏度,,鏑的為-185?攝氏度,,四氧化三鐵的為585攝氏度,釹磁鐵的為330攝氏度,。因此,,如果把鐵燒紅,它就無法被磁鐵吸引,。當溫度降低到770攝氏度以下時,,重新恢復磁性的鐵才能被磁鐵吸引。 地球的磁性 地球自身能夠產(chǎn)生一個巨大的磁場,,為地球上的生命屏蔽宇宙射線,,并讓指南針起作用。另一方面,,地球的核心主要是由鐵組成,,那里的溫度高達5500攝氏度,遠高于鐵的居里溫度,。那么,,為什么地球不會失去磁性呢? 原因在于地磁場并非是由一塊大磁鐵形成,。地核分為熔融的外地核和固態(tài)的內(nèi)陸核,,因為內(nèi)陸核的壓力遠高于外地核,所以盡管內(nèi)陸核的溫度更高,,但卻沒有熔化,。 由于地核的獨特結構,當?shù)厍蜃赞D時,,內(nèi)外地核會出現(xiàn)差速旋轉,。在外地核中,,對流的鐵會通過電磁感應形成磁場。因此,,地磁場能在高溫情況下保持存在,。 |
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