大家好,今天小编来为大家解答磁铁为什么吸不住铜这个问题,磁铁为什么不能吸铜很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!
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为什么磁铁能吸铜
因为这些铜制品是合金的制品,为了使制品有一定的强度不易形变,其中加了一些铁的合金元素。
磁铁只吸附含有铁,钴,镍的合金。其中含有铁,钴,镍的多少和磁的强度决定了能否吸附。同等质量相同材料的合金制品,强磁铁能提供更大的吸引力。
磁石为什么不会吸附铜、铝等金属
千万不要小瞧这个问题,因为直到1928年才有了真正的解释,涉及到了一种纯粹的量子效应(交换作用),在宏观世界没有可以与之类比的现象。
当然,也有简单的回答:
铜、铝等金属不是铁磁体,所以不能被磁铁吸引。
至于什么是铁磁体?
这就要从抗磁性、顺磁性、铁磁性一步步了解,如果直接讲铁磁体,你很可能会觉得莫名其妙。
抗磁性所有物体都有抗磁性,因为所有物体内部都有电子。
我们可以试想一下,一个电子任意朝一个方向运动。现在施加一个垂直于电子运动方向的磁场,电子会受到洛伦兹力,做圆周运动。
电子做圆周运动就相当于一个小磁铁,主要会产生与外部磁场方向相反的磁场,此时的电子就会被外部磁场排斥。
顺便提醒一句,非匀强磁场才能产生“同极相斥,异极相吸”的现象。匀强磁场是没法吸引小磁铁的,只会让小磁铁转个方向。下面提到的磁场都是指非匀强磁场。不管物体的哪个方向面对磁场,内部的电子都一定会有垂直于磁场方向的速度分量,所以物体一定会有被磁场排斥的趋势,这就是抗磁性。
抗磁性通常都很弱,弱到我们平时根本察觉不到。
不过在外界磁场足够强的时候,抗磁性还是可以被察觉到的,比如“磁悬浮青蛙”:
另外,超导体的抗磁性非常强,超导磁悬浮就是利用了超导体的“完全抗磁性”。
顺磁性有些物体除了抗磁性之外,还有顺磁性。
这和组成物体的原子的结构有关系,原子内部有电子、质子、中子。
电子、质子、中子都有自旋磁矩,不用管自旋磁矩到底是什么意思,我们只需要知道电子、质子、中子本身就相当于一个小磁铁。
原子中大部分电子、质子、中子的自旋磁矩都互相抵消了,抵消之后就不再相当于小磁铁了。
不过有些电子的自旋磁矩不会互相抵消,这就是“未配对”的电子,具体内容有些复杂,在这里就不提了。
感兴趣的读者可以了解一下“泡利原理”和“洪特规则”。
如果原子中有“未配对”的电子,那么原子本身就相当于一个小磁铁。
至于原子里面到底有没有“未配对”的电子,需要看原子的原子序数,这也有些复杂,就不提了。
感兴趣的读者可以了解一下“构造原理”。
铜原子没有“未配对”的电子,铝原子、铁原子有“未配对”的电子。
如果物体内部有“未配对”的电子,就相当于内部有大量的小磁铁,平时这些小磁铁无序排列,磁性互相抵消了,对外不显磁性。
一旦外部施加磁场,物体内部的小磁铁就会统一朝向一个方向,这就是磁化。
被磁化以后,物体就会被磁场吸引,这种性质就是顺磁性。
顺磁性通常会比抗磁性强,会掩盖抗磁性。
所以同时具有顺磁性和抗磁性的物体只会表现出顺磁性,被称为顺磁体。而具有抗磁性的物体只会表现出抗磁性,被称为抗磁体。顺磁性也很弱,弱到我们平时根本察觉不到。
不过顺磁性已经涉及到交换作用(一种纯粹的量子效应)了,降低温度,一些顺磁体就会表现出一种新的性质:铁磁性。
铁磁性之所以说交换作用是一种纯粹的量子效应,是因为它与全同粒子不可分辨(仅存在于亚原子世界)有关。
微观世界的粒子基本上都是全同粒子,电子就是一种全同粒子,可以简单地把全同粒子理解成“完全一样的粒子”。
世上没有两片一模一样的雪花,但是有两个一模一样的电子,甚至于世上所有的电子都是一模一样的!
交换作用引出了“交换能积分常数”。
我们不需要知道这个常数到底是什么,我们只需要知道每一种物质都有自己的“交换能积分常数”,这个常数越大,“未配对”的电子就会排列得越整齐。
“未配对”的电子整齐排列,就相当于一种自发磁化,相当于小磁铁的原子就会整齐排列,形成局部的“大磁铁”,也就是磁畴。
通常磁畴会无序排列,磁性互相抵消,对外不显磁性。
物体内部一旦有自发形成磁畴,就会表现出铁磁性,在外部磁场中磁化,磁畴整齐排列,会产生巨大的磁场。
铁磁性产生的磁场是顺磁性产生的磁场的成千上万倍,可以产生直观的现象,比如磁石吸铁。
具有铁磁性的物体就是铁磁体,比如铁、钴、镍。
铁磁相变一些读者可能会疑惑:
自发形成磁畴,和顺磁体在外部磁场中磁化,有什么本质区别吗?为什么产生的磁场差距那么大?磁畴和顺磁质磁化最大的区别就是:
磁畴中的小磁铁(原子)排列得非常整齐,而顺磁体磁化以后,小磁铁(原子)的方向只是稍微转动了一点点。
顺磁体内部的原子在磁场中不仅会有排列整齐的趋势,还会不断热运动,引起无序排列。
如果温度过高,交换作用就无法和热运动抗衡,磁畴内部的原子也会无序排列,磁畴也因此解体,铁磁体就会变成顺磁体,这就是铁磁相变。
相变很常见,固体、液体、气体的物态变换就是最常见的相变。相变有临界点,比如熔点、沸点。
铁磁相变的临界点就是居里温度,温度超过居里温度就是顺磁体,低于居里温度就是铁磁体。
对称性破缺铁磁体还有更深层的奥秘,上面提到的交换作用仅仅只是海森堡在1928年的解释。
如今在量子力学的基础上已经发展出了凝聚态物理,铁磁体、铁电体、反铁磁体、反铁电体、超导体、超流体、……这些神奇的现象都被归纳为对称性破缺的产物。
对称性破缺形成了这个丰富多彩的世界。
铜可以被磁铁吸引吗磁铁可以吸铜吗
因为铜物理性质是抗磁性,所以铜是没有磁性的,因此它不会被磁铁吸引。
纯铜是柔软的金属,表面刚切开时为红橙色带金属光泽,单质呈紫红色。延展性好,抗磁性,导热性和导电性高,因此在电缆和电气、电子元件是最常用的材料,也可用作建筑材料,可以组成众多种合金。
磁铁的成分是铁、钴、镍等原子,其原子的内部结构比较特殊,本身就具有磁矩。磁铁能够产生磁场,具有吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属的特性。铜没有能让磁铁吸引的金属特性。
磁铁为什么吸不住铜
因为铜外层是稳定的平衡层,这种稳定就使铜外层成为固若金汤的屏蔽网,致使磁性无缝可钻,所以铜不能被磁铁吸。
而铁、钴、镍,由于次外层要援助最外层,致使次外层产生一个瓶颈的缺口。瓶颈缺口也就产生一种参数量,这个量就产生了被磁铁相吸现象。
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