磁鐵加熱會失去磁性,為什麼地球內部溫度很高還有磁場?

2020-12-02 火星科普

簡單來說,磁鐵產生磁場和地球產生磁場的原理是不一樣的。下面,就來分別介紹一下兩種磁場是如何產生的。

在原子中,無論是電子、質子的自旋,還是電子在原子核外的軌道上運動都會產生相應的磁矩。如果原子中的磁矩完全抵消掉,那麼,該物質不會產生磁場,所以就不會表現出磁性,也就不是磁鐵。而如果原子中的磁矩疊加在一起,就會有一個淨磁矩,則該物質就會產生磁場,從而表現出磁性,這就是磁鐵。在磁鐵產生的磁場中,諸如鐵這樣的鐵磁性物質會被磁化,使得磁鐵和鐵磁性物質產生很強的電磁力作用,從而表現出磁鐵能夠吸引鐵磁性物質的現象。

當溫度超過某一臨界溫度時,由於原子的熱運動加劇,導致磁鐵的原子磁矩排列會從有序變得混亂,所以磁性就會消失,這一臨界溫度被稱為居裡溫度。比較常見的鐵氧體磁鐵的居裡溫度約為450攝氏度,釹鐵硼磁鐵約為310度。如果溫度低於居裡溫度,物體又會重新擁有磁性。

另一方面,雖然地球內部的溫度很高,地心溫度最高可達5500度,但地球內部仍然會產生磁場,並不會出現消磁的現象。根據目前的主流理論,雖然地球的磁場類似於棒狀磁鐵的磁場,但地球並非一根「磁鐵」,而是一個「發電機」。

地球內部的最上層是很薄的地殼,往下一層是厚度達到2890公裡的地幔,再往下是厚度為3400公裡的地核。在地幔和地核的交界處,溫度可達4800度,這使得主要由鐵和鎳組成的核心熔化成液態。但隨著深度的增加,壓力會大幅升高,導致鐵和鎳變成固態。因此,地核由液態的外地核和固態的內地核組成,外地核的厚度為2200公裡,內地核的厚度為1200公裡。

在地球自轉過程中,內外地核的自轉速度是不一樣的,外地核中的液態鐵鎳流經初始磁場(太陽磁場),就會通過電磁感應現象產生電流,於是,新產生的電場反過來又會產生磁場。因此,經由地核發電機原理產生的磁場不會在高溫環境中消失。

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