為什麼鐵能被磁鐵吸引,而其他大部分金屬卻不能?

2020-12-20 騰訊網

除了鐵之外,能夠被磁鐵或者磁場吸引的少數金屬還包括鈷、鎳、鏑和釓。那麼,為什麼只有一些金屬能被磁鐵吸引?磁鐵吸引金屬的原理是什麼?

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。磁力的產生需要從原子尺度上進行解釋。

對於一個原子,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繞恆星運動,電子出現的位置是隨機的,只能知道電子出現在某個位置的概率。

根據量子力學,電子的自旋以及電子在軌道上的運動都會產生一個偶極子磁矩,這樣就會形成磁場。同樣地,自旋的原子核也會形成磁場,只是這遠弱於電子磁矩所產生的磁場。原子中的各種磁矩會有疊加和抵消,從而表現出一個總磁矩——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,這會互相疊加產生一個淨磁矩,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,淨磁矩會變為零,鐵磁性也就會消失,此時的溫度為居裡溫度。如果溫度降到居裡溫度之下,鐵磁性又會恢復。

鐵的居裡溫度為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

地球自身能夠產生一個巨大的磁場,為地球上的生命屏蔽宇宙射線,並讓指南針起作用。另一方面,地球的核心主要是由鐵組成,那裡的溫度高達5500攝氏度,遠高於鐵的居裡溫度。那麼,為什麼地球不會失去磁性呢?

原因在於地磁場並非是由一塊大磁鐵形成。地核分為熔融的外地核和固態的內地核,因為內地核的壓力遠高於外地核,所以儘管內地核的溫度更高,但卻沒有熔化。

由於地核的獨特結構,當地球自轉時,內外地核會出現差速旋轉。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。

相關焦點

  • 為什麼磁鐵能夠吸引鐵鈷鎳等金屬,而不能吸引其他物質?
    能被磁鐵吸引的金屬除了鐵之外,還有鈷、鎳、釓[gá]等等,這些都屬於鐵磁性物質,在鐵磁性物質內部存在很多未配對的電子,由於量子力學效應產生許多磁疇,當外界施加磁場時就會被磁化,從而受磁鐵吸引。磁力鐵塊能被磁鐵吸引對大家來說並不陌生,但是其中的原理卻非常深奧,有些關鍵甚至需要量子力學才能得到合理解釋。
  • 為什麼磁鐵只對鐵情有獨鍾而不吸其他金屬?
    能吸鐵是由於磁石能使鐵內部的電子重新排序,由此產生相似電磁鐵的原理,因而能相互之間吸引。磁石的四周產生了磁場,在磁場範圍內,一些本來沒有帶磁的物體會變為帶有磁性的物質,這叫磁化現象,比如鐵在磁場裡會被磁化成為「新磁鐵」。磁石是有極性的,並且相同磁極相互排斥,不同磁性則相互吸引。
  • 看完終於知道為什麼磁鐵不能吸起銅鋁卻能吸起鐵了
    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。這些電子分布在最高能級幾個「平行」的軌道上。
  • 為什麼磁鐵的磁場只能對鐵有作用力, 而對其他物體沒有作用力呢?
    一般高中解釋是磁鐵或有磁力的物體(電磁鐵等),它的磁力會改變大量鐵鈷鎳原子的電子旋轉方向,形成相應磁場相互吸引,但是沒有辦法改變其氧化物的電子。在地球上兩塊石頭不能吸引,而這兩塊石頭卻不能反方向飛向空中這有是為什麼?這兩塊石頭相對的比較中性,就是這個微小的差別足夠地球把它們的吸住。但是這點差別不會對其他的石頭具有磁性。當然你通過摩擦使石頭失去電子石頭能夠吸引微小的石粉的。而這個吸力就大於地球的單位面積而反方向吸住石粉並提起來。地球能夠磁化地球所有的物體,使這些物體失去電子而被地球磁化。
  • 為什麼磁鐵只吸某些金屬,但地球引力什麼都能吸?
    首先,磁鐵不只是吸鐵,還能吸引鈷和鎳等鐵磁性金屬。不過,能被磁鐵吸引的金屬確實很少。之所以磁鐵會選擇性吸收某些金屬,這與金屬的原子結構有關。原子核及其外圍電子的自旋、以及電子在軌運動都存在磁矩,原子中的各種磁矩的矢量和就是原子的淨磁矩,或稱原子磁矩。
  • 磁鐵可以吸引的物體有哪些?
    眾所周知磁鐵是一種可以吸附鐵性物質的東西,比如可以用來吸附鐵釘、鐵鑰匙、鐵屑等。那麼除了這些明顯帶由鐵成分組成的物體,還有其他那些物體可以被鐵吸引呢?磁鐵吸引鑰匙那麼先要從磁鐵的成分分析,磁鐵的成分是鐵、鈷、鎳等原子,其原子的內部結構比較特殊,本身就具有磁矩。
  • 地球上最強磁鐵能夠把血夜中的鐵給吸出來嗎?
    磁鐵是一種可以吸引金屬(鐵鈷鎳等)的磁石,在生活中非常常見,幾乎所有的電子設備都要用到它們。人體中是含有鐵的,其中大部分以鐵原子的形式存在於血紅蛋白中,擔負著運輸氧氣的職責。既然磁鐵可以吸引鐵,那麼你有沒有想過,是否存在一塊強有力的磁鐵可以將血液中的鐵吸走呢?還有,我們是否可以製造出一種足夠強有力的磁鐵,以至於可以將身體中的每一個原子撕碎呢?首先,磁鐵為什麼會吸引鐵?
  • 磁鐵能吸銀行賣的金條,真的是因為黃金裡摻了鐵嗎?
    小的時候大家應該都玩過小塊的吸鐵石,他們能夠吸起鐵、鈷、鎳以及它們的合金,銅的硬幣是不能被吸附的,金和銀是無法被吸附的,除非它們是假的。但是這兩年出現了一個奇怪的事情,那就是經常有人會發現自己在自己買的黃金能夠被磁鐵吸得動起來。
  • 有磁鐵,為什麼沒有磁金、磁銀、磁銅?你真的了解磁鐵嗎?
    磁石(主要成分是四氧化三鐵)也因此被記載下來。《管子》的數篇中就寫到:「山上有磁石者,其下有金銅。」磁石如今隨著科技的發展,磁的應用也更加廣泛,磁懸浮、磁共振、甚至曾被提出的「電磁炮」,並且有些司機也會拿一塊磁鐵放到排氣管道外防止回流。但是你知道磁鐵為什麼具有磁性嗎?你真的了解磁鐵嗎?
  • 實驗:血液中的鐵元素能不能被磁鐵吸走,結果太不可思議!
    X戰警中有一段萬磁王從人的血液中取出鐵球的情節,那麼,血液中的鐵真的有可能會被磁鐵吸引嗎,有個老外就做了這樣一個實驗,準備一大桶豬血,用一塊超大釹磁鐵靠近這桶血不過桶中的血完全沒有受到影響,看來磁鐵對於血液中的鐵不起作用啊,不過這個老外還是沒有死心
  • 磁鐵之間為什麼會相互吸引和排斥,其中的科學原理是什麼?
    磁力在電磁學當中,電和磁是統一的,電生磁,磁也能生電,可以由麥克斯韋方程組來描述,電磁力是自然界的四大基本力之一,電荷具有同性相斥、異性相吸的原則。對於運動電荷產生的磁場,也具有同性相斥、異性相吸的性質。
  • 血液中的鐵元素,能夠被磁鐵吸走嗎?老外做了一個實驗!
    相信我們都知道,地球就是一個大磁鐵,所以我們玩磁鐵也就很順利,那是因為有磁場啊!我們都知道,磁鐵可以吸引鐵,小時候都喜歡拿著磁鐵上課玩,還有各種的形狀。說到這是不是勾起了你的童年記憶?其實磁鐵的這個特性我們已經是司空見慣了,除了剛出生的孩子,我們基本都知道,那磁鐵為什麼會有磁力呢?都說磁鐵可以吸引鐵,那麼動物的血液中含有的鐵元素,也可以被磁鐵吸引走嗎?這個奇葩的問題是一位老外想出來的!
  • 磁鐵可以吸引鐵,它是靠什麼傳遞「吸力」的?
    除了引力,其他三種力都有傳遞相互作用的傳播子。引力很特殊,目前還沒有找到引力子,但是可以通過時空彎曲解釋引力產生的本質。平時我們看到的磁鐵可以隔空吸引鐵鎳鈷等物質。那麼大家就會好奇,傳遞磁力的中介子是什麼?
  • 磁鐵是如何製造的,為什麼會帶有磁性呢?多年的疑惑被解開
    磁鐵是如何製造的,為什麼會帶有磁性呢?多年的疑惑被解開相信很多朋友對於磁鐵都是非常了解的,磁鐵就是一個具有相互排斥與相互吸引的物體。磁鐵是由鐵,鎳nie,鈷gu組成,其本身就有磁距,內部結構按照相同方向排列,一端北極,一端南極。
  • 冷知識:火柴能被磁鐵吸引?
    冰屋確實能起到很好的禦寒作用。冰屋幾乎沒有縫隙可以讓寒風吹進室內,而且冰屋的建成材料冰磚是熱的不良導體,能起到很好的隔熱作用。冰屋門的朝向一般與風向垂直,而且十分低矮,寒風無法進入室內形成對流。液態氧和固態氧為什麼是藍色的?考慮氧的顏色就要考慮氧分子的吸收光譜。氧氣的吸收光譜主要存在於紅外區域,氣態的氧便呈現無色透明的狀態。但是在液態和固態中,由於凝聚態的雙分子耦合作用,產生了紅到黃綠光區域的四個吸收峰,所以液態氧和固態氧顯示藍色。
  • 磁鐵也能吸引蘋果?老外親自做實驗
    相信大家在小時候都做過類似的遊戲——用磁鐵吸引金屬。而步入中學課堂後我們知道,當你把兩塊磁鐵放在一起時,如果兩塊磁鐵各自的南極或者北極相遇,則會相互抗拒,而如果是兩塊磁鐵分別是不同的磁極相遇,則會相互吸引。
  • 俄老婦遭電擊變超級磁鐵 能吸金屬塑料玻璃(圖)
    據俄羅斯媒體8日報導,俄羅斯利佩茨克市71歲老婦埃琳娜·科瓦萊娃自從45歲那年遭遇一次差點致命的電擊事故後,大難不死的她竟然搖身變成了一個「人體磁鐵」。埃琳娜的身體就像通了電的電磁鐵一樣,能夠吸附起包括金屬、塑料、玻璃和陶瓷在內的許多東西。
  • 磁鐵的原理這麼簡單,作為本科生的我,突然問我我卻不能具體回答
    但是如果你放上兩塊鐵……奇蹟出現了,我是說磁鐵。磁性物質可以奇蹟般地長距離互相吸引,因為物體之外形成了肉眼難見的磁場。但是有個問題:磁場是從哪裡來的?這簡單,我們很早就知道磁和電本質上是同一事物。正如質量與能量、時間與空間的關係,它們都能相互轉換。實際上,磁場本質上是電場轉化來的,這種現象在帶電物體開始運動時產生。
  • 磁鐵是如何製造的?20多年的疑惑終於被解開了
    長大後我們的生活也離不開它,坐的磁懸浮列車,醫院的核磁共振,用的音響喇叭,軍事上各國爭先研發的電磁炮……磁鐵有這麼多神奇的功能,今天跟大家一起了解一下。平常我們所了解的磁鐵就是一個具有相互排斥與相互吸引的物體。
  • 磁鐵是如何製造的?藏在心裡20多年的疑惑被解開了!
    平常我們所了解的磁鐵就是一個具有相互排斥與相互吸引的物體。磁鐵是由鐵,鎳,鈷組成,其本身就有磁距內部結構按照相同方向排列,一端北極(N極)一端南極(S極)。那麼自然界中還有很多物體為什麼沒有磁性?鐵,鎳,鈷內的磁性物質有所不同,它內部的電子可自發方向一致的排列,使磁性加強就構成磁鐵了。