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如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

2021-03-02  图书馆收...

笔者 东邪

火是一种特殊的现象,不同温度的火能够产生不同的影响。温度较低的火能给人温暖的感觉,温度超过一定刻度的火会让人产生灼烧感,这时候如果火焰继续升温,将会触发有机物的化学反应,直观表现为人体皮肤烧了起来。火的强大之处不仅在于让有机物燃烧起来,还在于它能让冷冰冰的金属瞬间化为“流水”。

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

接触过中学物理知识的朋友应该都知道,任何金属都有一定的熔点。这个熔点指的是物体从固态变成液态的转折点,而大多数金属在常温条件下是固态的,随着温度的不断升高变成液态的可能性就越来越大。经研究发现,铁的熔点是1538摄氏度,如果用超过这一熔点的温度去加热磁铁,那么磁铁会发生什么呢?

为什么磁体会有磁性?

在了解以上的问题之前,我们首先需要清楚为什么磁铁会有磁性。一般情况下,大多数物质都不具有磁性,这要从构成物质的基本单位——原子说起。原子由原子核和核外电子构成,原子核内有带正电的质子,而电子带负电,两者电性抵消,因此原子呈中性。电子除了带负电之外,它还带有磁性,但大多数原子的电子排列顺序十分混乱,因此相互之间的磁效应抵消了。

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

磁体之所以会有磁性,是因为原子内的电子在外界因素的影响下排列整齐,让磁性都朝着同一方向,从而导致磁性不会抵消反而加强。铁、镍、钴等金属都可以变成磁体,它们内部的电子整齐排列之后形成一个自发磁化区,该区域被称为“磁畴”。如果想要让磁体失去磁性,就必须破坏内部的磁畴,目前主要的方法是施加高温。

磁铁融化后会发生什么?

在自然界中,铁单质比较少,更多的是铁的氧化物,其中天然形成的磁体就是四氧化三铁。这种化合物是铁磁性矿石的主要成分,由于它呈现灰黑色,因此天然磁铁看起来就是灰黑色的。经研究发现,四氧化三铁的熔点是1594.5℃,换而言之,只要给天然磁铁加热到这个温度,它就会熔化。那么熔化后的磁铁除了变成一滩液体,它的磁性还在吗?

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

这就要说到另一个概念了——居里点。听到这个名字是不是有点熟悉?没错,居里点就是科学家居里提出来的,他就是居里夫人的丈夫皮埃尔·居里。皮埃尔通过实验发现,当天然磁体加热到一定温度后就会失去磁性,于是他将这一变化转折点定义为“居里点”。但这一温度并不会让磁体的形态发生变化,即磁体的熔点和居里点不同,而且熔点一般高于居里点。

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

不同材料的磁体居里点不同,而磁铁的居里点在480~550摄氏度之间。磁铁的居里点之所以是一个范围,是因为磁铁有很多种类,有不同的铁氧化物组成。因此可以肯定的是,磁铁熔化后会变成液体,而且该液体已经失去了磁性。

为什么磁铁加温至居里点会失去磁性?

了解磁体为什么会有磁性的问题后,这个问题就不难理解了。根据热力学定律,分子、原子等基本粒子在升温的情况下会出现运动变得活跃的现象,其中气体分子的活跃现象最为明显,而固体原子的活跃现象最不明显,所以即使固体内部发生了实质性的变化,我们也很难从物体的表面看出来。以此磁铁加热为例,磁铁内的原子在受热后会出现热运动。

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

热运动会打破电子排列而成的顺序,使磁畴被分解,最终导致磁性消失。此外,这个过程也可以看作是熵增的过程。熵指的是物质状态的混乱程度,熵越大,那么物质的状态越混乱。在常温条件下,磁铁内部的熵比较低,因此内部原子的状态比较稳定,电子的排列也比较有序。当受到外界热量的影响时,磁铁的熵就会增大,导致内部混乱程度增加。

这一发现衍生出什么应用?

科学家们发现了磁体的磁性受到温度影响后,开始尝试将这一特性应用到实际生活中,其中居里点最常见的应用就是温控设备。日常生活中使用频率最高的电饭锅就用到了相关的温控设备,而这些设备的基本工作原理就是居里点特性。据了解,电饭锅的温控装置通常由一块磁铁和一块居里点在103摄氏度左右的磁体构成。

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

在煮饭的过程中,水加热到一百摄氏度左右就会达到沸点沸腾,这时电饭锅内的温度还会继续往上升一些。当温度达到103摄氏度时,原本被磁铁吸住的磁体就会丢失磁性,进而使得磁铁失去了对磁体的吸引作用,最后触发一系列的设定让电饭锅的电源断掉或停止加热进程。除了在日常生活有所应用之外,居里点在地质学研究中也是重要的方法。

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

研究发现,地球上的岩石也是潜在的磁体,它们在地球磁场的磁化作用下会获得微弱的磁性,使得岩石变成磁石,而且磁石的磁场方向和地球磁场是相同的。磁石也有居里点,如果其周围环境的温度达不到居里点,那么磁石的磁性就一直存在,而且不会随着地球磁场方向的改变而改变。利用这一特点,地质学家可以研究过去地球磁场发生的变化。

如果磁铁熔化了,还有磁性吗?

通过在地球上不同地区测出磁石的磁场情况,再加上鉴定该磁石形成的大概时期,就能确定该时期的地球磁场方向。后来不少地质学家利用这一方法研究地球磁场的变化,发现了地球在历史上发生过多次磁场掉转的现象,因此形成了“古地磁说”的理论。

那么地球上最早的磁体是否在地球磁场的影响下出现的呢?这个问题就要追溯到地球磁场的起源了,目前科学家还在研究这方面的问题,因此该问题暂时还没有明确的结论。

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