超級強大的磁鐵可以吸走血液中的鐵嗎?宇宙中最強磁體是什麼?

2020-12-23 怪羅科學

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?

磁鐵之所以會吸引鐵,與鐵具有鐵磁性有關,鐵磁性又稱作強磁性,它是指一種材料具有自發性磁化的現象。

鐵具有鐵磁性,這是因為每個鐵原子核外的四個未配對的電子具有量子構型,從而產生了磁場,並使得每個鐵原子就像是一個微型的磁體。

這些具有磁性的鐵原子,磁極將會與外部磁體(比如是一塊磁鐵)保持一致,當二者靠近時,由於磁極是相反的,所以會彼此吸引。

鐵原子核中的質子和中子也有自己的磁場,但它們的磁場要比電子的弱的多,並且對原子的整體磁場沒有明顯影響。

鐵還具有大約1毫米寬的由磁排列的原子組成的磁疇,如果施加足夠強的磁場,所有磁疇中鐵原子的磁場也將對齊。

如果磁場施加的時間足夠長的話,即使外部磁場消失了,鐵中的磁疇也會保持方向的一致性,這意味著鐵被磁化,成了永久磁鐵。

磁疇

血液中的鐵原子能否被磁鐵吸走

如果血液中的鐵可以被磁鐵吸走,那我們以前玩磁鐵以及現在一直接觸電子設備的話就是相當危險的。

但我們的身體並沒有什麼問題,這是不是說明磁鐵無法吸引血液中的鐵?

不是這樣的,也有可能是磁力(場)太弱。

磁場強度的單位是高斯(Gs),1000高斯又等於1特斯拉(T),地球的磁場強度在0.25至0.24高斯之間。

稀土類磁鐵

自然界中性能最高的磁鐵是稀土類磁鐵,它們一般可以產生超過1.4特斯拉(1400高斯)的磁場。

但地球上最強的磁場並不是自然界中的哪種磁鐵產生的,而是「人造磁體」——電磁鐵產生的。

我們知道,運動的電荷可以產生磁場,電荷的數量和帶電量越多(即電流越強),產生的磁場也越強。

電磁鐵

基於此原理,我們可以設計出簡單的通電螺線管,而給它加根鐵芯的話就是一個簡易的電磁鐵了。

對於電磁鐵而言,一般的導線是有電阻的,這會使得通過導線的一部分能量會以熱能的形式損失。

這相當於間接減小了磁場的強度,如果導線沒有電阻,那樣就能使磁場的強度最大化了,於是有了超導磁體。

超導磁體是一種由超導導線製成的電磁鐵,由於超導導線沒有電阻,因此維持磁場並不會消耗能量。

我們可能對超導磁體不是很熟悉,但它的應用你一定聽說過,比如醫院裡的核磁共振檢查,還有物理上的粒子加速器。

與我們要探討的問題有關的是核磁共振(MRI),超導磁體可在MRI機器中產生15000至94000高斯的磁場。

將人體安置在這個巨大的磁場後,利用電磁波刺激人體,再用偵測器收集人體釋放出的回波。

再經過多次複雜化刺激——回波後,便可以依據這些資料重組出具有高解析度的影像,這就是核磁共振的簡單原理。

所以,當你在做核磁共振檢查的時候,其實可以說是處於地球上最強大的磁場當中,但是即便是如此強的磁場,你的血液中的鐵原子仍然沒有被吸引。

為什麼如此強的磁場也不會對人體中的鐵產生影響呢?

其實,磁場的確對鐵原子產生了吸引力的,但是這種吸引力被磁場對其他原子的排斥力抵消掉了。

首先,鐵是人體中的微量元素,整個人體內的鐵只有3.5克左右,而血液中的鐵僅有2克,而且是極為分散的,這就使得引力相對而言是十分弱的。

其次,也是更主要的原因是,鐵原子具有順磁性,而水分子,氧原子等具有抗磁性,血液中水遠多於鐵,血紅蛋白中的氧原子也多於鐵原子,所以最終結果是鐵不會被吸走。

貧氧的血紅蛋白可能會被磁體輕微吸引,但要達到把鐵原子直接從血紅蛋白中吸走是不可能的。

血液中的鐵不怕被磁場影響,隨身帶的金屬物品卻會在磁強中以極高速度衝撞,這是十分危險的,所以做核磁共振前一定要檢查身上是否有金屬物品。

宇宙最強磁體——磁星

地球上的磁場無法對人體造成影響,那麼宇宙中是否存在更具威力的強大磁場呢?這個還真有,那就是中子星。

中子星是恆星演化到末期,經由引力坍縮發生超新星爆炸之後,可能成為的最終形態之一。

一顆典型的中子星質量大約是太陽的1.35倍到2.1倍,半徑卻只有太陽的30000到70000分之一。

由於中子星保留了母恆星大部分的角動量,而它的半徑卻極其的小,所以它將會以極高的速度旋轉。

在高速旋轉的中子星表面會形成電流,從而會產生一個磁場強度高達1億特斯拉的超強磁場!

在某些情況下,磁場強度甚至可以達到1000億特斯拉,這些磁場極強的中子星又被稱作「磁星」。

在距磁星1000公裡的範圍內,其強大的磁場足以置人於死地,水分的抗磁性可把細胞組織撕碎。

對於一顆質量是太陽的1.4倍的磁星,在1000公裡範圍內,它的潮汐力也足以把一個人撕成兩半。

如果再近一點,在幾百公裡的範圍內,那它會把你身上的化學鍵一個個撕斷,從而瓦解你掉的身體。

在這種時候,是氧原子還是鐵原子還是水分子都已經不重要了。

最後

人類是否能製造出磁場與磁星相當的磁鐵呢?

不是沒有可能,但難度是相當大的,而且如何保障安全性也是需要謹慎考慮的。

一旦真的出現這種危險可控的超級磁鐵,那我們的生活一定會發生重大改變。

相關焦點

  • 號稱磁王的「釹磁鐵」,能否吸走血液中的鐵?看著就過癮!
    號稱磁王的「釹磁鐵」,能否吸走血液中的鐵?看著就過癮!小夥伴們大家好,歡迎收看本期內容,號稱磁王的「釹磁鐵」,能否吸走血液中的鐵呢?看著就過癮!老外們經常會做出一些異於常人的挑戰,這一次一名老外就對磁鐵下手了。
  • 磁鐵玩具玩遍了?這個大傢伙也許你沒見過
    不過,頭小的爸爸能生出頭大的兒子嗎?頭大的人更聰明嗎?究竟是什麼決定了我們大腦的尺寸呢?看看上面那張圖,那些從頭至尾整齊排列的黃黃藍藍的東西是什麼?它們就是加速器的「軀幹」——磁鐵。加速器中的帶電粒子,需要按照一定的軌道運動並儲存能量(加速),同時也需要沿著某個軌跡去打靶。帶電粒子(各種粒子束,也叫束流)沒有眼睛,也沒有耳朵,是無法感知周圍環境的,需要磁鐵作為導遊來引導它們。因此,磁鐵在加速器中相當重要!
  • 再次創造世界紀錄:費米實驗室實現加速器磁體14.5特斯拉場
    需要儘可能強的磁鐵來引導接近光速粒子為了建造下一代強大的質子加速器,科學家們需要儘可能強的磁鐵來引導接近光速的粒子圍繞一個環。對於給定的環形尺寸,光束的能量越大,加速器的磁鐵就需要越強,才能使光束保持航向。磁鐵設計的核心是一種叫做鈮錫的先進超導材料。電流流經該材料時,會產生一個磁場。因為當材料被冷卻到非常低的溫度時,電流不會遇到任何阻力,所以它不會損失能量,也不會產生熱量。所有的電流都有助於磁場的產生。換句話說,科學家們可以獲得大量的磁能。
  • 冰箱磁鐵致命
    即使是冰箱上的小磁鐵也會導致人工起搏器發生故障2020年第1067期總第1423期公眾號主編:筆尖芭蕾公眾號政委:之      洲筆尖芭蕾編譯       收集冰箱磁鐵是人們相當普遍的愛好。這些小裝飾使樸素而無聊的食物儲藏區呈現出明亮的喜慶外觀,並完美地補充了廚房的裝飾。
  • 最新研究:一種不存在的磁鐵
    我們許多人都知道,磁鐵(英文:magnet)是可以吸引鐵並在其外產生磁場的物體。各材料中以吸引鐵及鐵所具有的磁性最廣為人知,故取此為磁鐵。狹義的磁鐵指磁鐵礦石的製品,廣義的磁鐵指的是用途為產生磁場的物體或裝置。磁鐵作為磁偶極子,能夠吸引鐵磁性物質,例如鐵、鎳及鈷等金屬。
  • 對圓環靠近磁體產生的感應電流的解釋
    查閱老師們提出的問題時,看到新密老師提出的問題:一個完整的圓環在靠近一個磁體時,圓環中會產生感應電流,如何用初中的電磁感應現象解釋?用楞次定律可以很方便地進行解釋,但初中物理不可能給學生講述楞次定律。那麼,我們該怎樣解決這個問題?只是看磁體的運動(相當於圓環靠近磁體)不大容易看出問題的關鍵,我們把磁體的磁感線畫出來看看有什麼關聯沒有,如圖所示。條形磁鐵的磁感線是立體地分布在磁鐵周圍,這一點,是我們容易忽略的地方。
  • 誰是漫威宇宙中最強的正派和最強的惡棍?
    最後一個體面的人是誰 電影宇宙中最強的惡棍:當談到最強的惡棍時,人們可能會想到這個想法的想法,即在複雜的三個人中殺死一個惡霸的想法已經帶走了六個無限的寶石,而不是抹殺了半個宇宙的存在,但這是一個神話,真正的漫威電影宇宙中最強的惡棍是DOMAMM。
  • 研究人員在反磁性分子中發現新的磁場效應
    根據發表在《National Academy of Sciences》(PNAS)上的論文《Ring currents modulate optoelectronic properties of aromatic chromophores at 25 T》,在實驗中應用高達25特斯拉的磁場,幾乎沒有什麼內在磁性的分子表現出磁敏感的光學和光物理特性。
  • 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?
  • 宇宙最強磁場——磁星的死神之力
    2004年12月27日,地球曾遭遇巨型「耀斑」的襲擊,它源於一場爆炸,一場宇宙電磁的爆炸。各種衛星的測量儀器在沒有測出實際數據的情況下均已爆表。在地球背後,發現了明顯被月亮反射的輻射。是什麼發生了爆炸?發生了什麼呢?事實證明,這是一個僅在0.2秒就能發出相當於太陽在50萬年釋放能量總和的物體——一顆磁星。
  • 為什麼鐵能被磁鐵吸引,而其他大部分金屬卻不能?
    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。
  • 科普丨磁鐵真的會毀了手機嗎?終於知道真相了!
    以前老式電子設備如 CRT 顯示器和電視機容易受磁場影響,當這些設備遇到強力磁鐵時,畫面可能會變形,這也給很多機友留下了磁鐵能夠毀掉所有數碼設備的映像。真相:其實手機本身內部就有磁鐵,用以實現一些功能:比如無線充電,數字羅盤等。磁鐵確實會影響手機,但是必須是非常強的磁性才會對手機的部分功能有影響。
  • 還有哪些強大的超級英雄,尚未出現在漫威電影中?
    還有哪些強大的超級英雄,尚未出現在漫威電影中?眾所周知,漫威電影是根據漫威漫畫改編而來的,隨著漫威電影宇宙的發展,漫畫中許多經典的角色已經陸續在電影中登場了,如今電影中已經出現了許多強大的超級英雄,比如浩克、鋼鐵俠、雷神、驚奇隊長等漫威英雄,不過在漫畫原著中還有存在一些更加牛逼的角色,尚未出現在電影中,下面我們去了解一下吧。
  • 磁鐵為什麼能吸鐵?原因是什麼?看完這個你就知道了!
    就目前來看,在自然界中,一切力的作用歸根結底無外乎只有四種——引力、電磁力、強核力以及弱核力。磁鐵能夠吸鐵,這是電磁力在起作用。那麼,磁鐵和鐵之間為什麼可以產生電磁力呢?
  • 還有哪些強大的超級英雄,尚未出現在漫威電影中
    眾所周知,漫威電影是根據漫威漫畫改編而來的,隨著漫威電影宇宙的發展,漫畫中許多經典的角色已經陸續在電影中登場了,如今電影中已經出現了許多強大的超級英雄
  • 漫威宇宙最強女性超級英雄《驚奇隊長》
    驚奇隊長不僅是漫威宇宙史上第一部女性超級英雄電影,而且還是在《復聯3》和《復聯4》之間的一部重要作品。去年被滅霸打得找不著北的超級英雄們,要如何在今年翻身,很大程度上要看這位新英雄能帶來的「驚奇」了。《驚奇隊長》講述了MCU最強女性超級英雄的起源故事,將牽扯到上世紀90年代塵封在神盾局局長尼克·福瑞心中的一個巨大秘密——「驚奇隊長」卡羅爾·丹弗斯。
  • 搞笑漫畫:班裡掀起「磁鐵大戰」,誰才是最後的「萬磁王」?
    大家都玩得不亦樂乎,並發明了一項新型的遊戲,這個遊戲很快在班裡流行開來,是什麼遊戲呢,就是雙方各拿出一塊磁鐵,誰的磁鐵先被對方吸走,那麼這塊磁鐵就是誰的,大家都玩得很起勁,都想爭當最後的"萬磁王"原來是小明和小強在玩,小明又有一塊磁鐵被吸走了,而小強卻已經擁有了很多塊磁鐵,眼看著小強很快就會成為班裡的"萬磁王",小明心裡很是不服,也很著急
  • 最強磁鐵橫空問世!靠近蘋果之後會有什麼反應,蘋果:「你走開」
    最強磁鐵橫空問世!靠近蘋果之後會有什麼反應,蘋果:「你走開」在小的時候我們常常會被一塊塊顏色昏暗形態各異的磁鐵吸引,它們好像是有魔力般將所有的鐵製品一一收入囊中。我們都知道磁鐵是分為正負兩極的,當兩種不同電極的磁鐵相碰後就會像仇家一樣四處逃竄,只有兩種電極相同時才會相互吸引產生獨特的反應。
  • 盤點在漫威電影宇宙中,超級英雄們的各路裝備
    自1938年,美國推出了第一部超級英雄的漫畫後,很多超級英雄都脫離不了這個梗。富人通過科技來武裝自己,其中,漫威最典型的就是鋼鐵俠,而DC當然就是蝙蝠俠了。還記得在《正義聯盟》中,老爺被小閃調侃了一把麼?
  • 女子做磁共振,「睫毛」被機器吸走
    可是,常規的假睫毛都是塑料的,應該不至於會被磁體吸引,那為什麼張女士的假睫毛會被吸走呢?原來張女士是一位愛美人士,她當天用的是一種新型的美妝神器——磁睫毛。旁註:從2011年植入了全球首例可以在MRI系統中安全使用的起搏系統開始,目前MRI兼容起搏器已經佔到了歐美國家所有起搏器植入數量的半數以上;在我國,也越來越多患者植入了MRI兼容起搏器。對此分類情況應諮詢起搏器植入醫生。