鐵會融化,磁鐵融化時會發生什麼?

2020-12-21 怪羅科學

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

所有金屬都會融化,只要溫度足夠,鐵的熔點是1538攝氏度,在這個溫度下鐵就會變成液態。銀白色的純鐵是非常漂亮的,但是它絕對沒有黑色的磁鐵神奇。

在我們日常生活中,磁體有很多種,如釹鐵硼磁體,鋁鎳鈷磁體,鐵氧體磁體等,但這些磁體一般都是工業產品。

天然的磁體一般是指四氧化三鐵(Fe3O4),它存在於鐵磁性礦石中,可能正是因為如此,它被叫做「磁鐵」吧。

它被開採出來就帶有磁性,呈灰黑色,不過這種天然磁體的磁性普遍不強。它同樣有自己的熔點,四氧化三鐵的熔點是1594.5攝氏度。

不過,無論什麼磁體融化了都和其它物質一樣,只是變成了液體而已,不會出現特殊現象,唯一可能發生的就是失去「吸引力」。

關於居裡點

對磁鐵的好奇,讓我們想看看他融化後會怎麼樣,早在19世紀,一位科學家就已經這麼做過了,它不僅融化了磁鐵,還發現如果把磁鐵加熱到一定的溫度,它就會失去磁性。

這位科學家就是皮埃爾·居裡,所以當磁體失去磁性時的溫度就被稱作居裡點居裡溫度,你可能不認識他,但你肯定認識他的妻子——居裡夫人。

居裡溫度和熔點不是一個概念,其實四氧化三鐵的居裡溫度只在480到550度之間,距離它的熔點還是有點遠的。

為什麼磁體在高溫下會失去磁性?

當磁體被加熱時,金屬晶格的熱運動影響到磁體內部的順序、磁疇和磁矩,然後磁疇會被高溫分解,磁矩也會變為零。磁性轉化為順磁性物質,或者說磁性就消失了。

這裡可能有點難以理解,但是如果你知道它們為什麼有磁性的話就很好理解了。

物質是由分子構成,分子又由原子組成,組成原子的則是電子和原子核,電子在原子核周圍運動,電子的運動就會產生磁性,之所以一般的物質不會有磁性,那是因為它們原子核中的電子運動雜亂無章,相互抵消。

但是磁體原子中的電子卻不一樣,它們在不同運動方向上的電子數不同,所以相互抵消後還存在一部分可以產生磁性的電子運動,並且從混亂變成有序,從而被磁化並產生磁場。

但是溫度讓電子的有序重新回歸混亂,因此也就失去磁性。

最後:居裡點的運用

當然,這不是一個沒有用的發現,它已經出現在我們的生活中,只是有時候被我們忽略而已。到達一定溫度就會失去磁性,這個其實是一個非常容易利用的特性。

生活中比較常見的是電飯煲,電飯煲之所以知道飯煮好了要停止加熱,就是因為在發熱板裡有一個磁體。

當受熱時,鍋內的水開始沸騰,但是常壓下水的溫度沒法超過100攝氏度,等水燒乾,或者說飯煮好之後,溫度就會開始上升,只要這塊磁體的居裡點在100度出頭,那麼它很快就會失去磁性,然後停止加熱,這時候飯剛剛好,非常香。

電飯煲的保溫其實是另外一套系統,這套系統在飯煮好後介入就好了。

不得不驚嘆發明家的聰明才智,不過這一切還是要歸功於很早很早以前科學先驅的努力。

再往遠的講的話,現在很多看似沒有用的論文在不久的將來可能都會派上用場!

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