加热会使磁铁失去磁性,屋里放磁铁可以增强磁场吗
要了解这个问题,我们首先来简单了解下磁铁是怎么退磁的!我们都知道能形成磁铁是因为内部的磁畴排列是一致的获知大致一致,方向一致则人多力量大嘛,这表现在宏观状态就是物质具有磁性,能够吸引住铁磁物质.....但高温加热会导致的分子热运动会使磁畴回归混乱,各方磁矩抵消,磁性也随之消失......但温度下降磁性会恢
两者很容易混淆,毕竟加热导致磁铁退磁已经是确定的,而且做实验也非常简单!那么地球内部温度甚至高达6000多度,再耐高温的磁铁都已经退磁了,为什么地球还有能保护自身的磁场?这磁场又是从哪里来的?
要了解这个问题,我们首先来简单了解下磁铁是怎么退磁的!我们都知道能形成磁铁是因为内部的磁畴排列是一致的获知大致一致,方向一致则人多力量大嘛,这表现在宏观状态就是物质具有磁性,能够吸引住铁磁物质.....但高温加热会导致的分子热运动会使磁畴回归混乱,各方磁矩抵消,磁性也随之消失......但温度下降磁性会恢复,但并不能100%恢复!而这个导致磁场消失的温度就是居里温度,不同的磁铁居里温度是不一样的!
铁氧体:450℃左右,
钕铁硼:320-380℃,
铝镍钴:860-900℃
我们用得最广泛的钕铁硼居然是最低的,但据测试,钕铁硼在100摄氏度时磁性就开始下降了,到150度就大幅下降,只要保持20分钟钕铁硼就玩完......
但地球内部却并不是一块大磁铁,很多地球磁场示意图中画的是一根超级大的NS极磁铁,其实这作为示意没有问题,但这不够严谨,也容易造成误会!
事实上地球内部的磁场是一个动态磁场,而这个磁场是有发电机效应所产生的!
从地壳到地核是有很多层组成的,这种铁镍质的流体造成的内外层自转速度是有差异的,而地磁发电机效应正有此而来,在初始磁通的作用下外层产生的感应电流流动会给内核的给予一个励磁机制,而在这个作用下地球会有一个正常的磁场反馈与自励机制,因此地球的磁场源源不断,永不停息!
但有一个说法是,从17世纪以来,地磁场一直在不断减弱中,也许将会迎来一次反转,这将导致未来数千年间地球弱磁场,或者会对人类的生产生活造成重大影响!
因为太阳风将直达地面,副产品是全球任何地方都有机会看到极光!您觉得还有看极光的心情?
磁铁加热到450度失去磁性,地球内部温度5500度,怎么还有磁场?
因为磁铁产生的磁场性质与地球内部的磁场性质并不一样。
我们在高中物理中就学过,电子的自旋、质子的自旋,还有电子在原子核外的轨道上运动,这三种情况都会产生相应的磁矩。而原子内部自己也带有磁矩。如果这两种磁矩能够完全抵消掉,那么,这样事物就不会带有磁场。众所周知,有磁场才会有磁性,才能被叫磁铁。那么没有磁场不会表现出磁性,也就不是磁铁。而在磁场中,铁这样的物质很容易就会被磁化,从而产生电磁力,这就是为什么我们在日常生活中经常看到磁铁吸住含铁物品的原因。
原子的耐热程度是有限的。当外界温度超过原子可以接受的最高温度时,原子的运动就会加剧,造成磁铁的原子磁矩排列混乱无序的现象,导致磁铁的磁性消失,这一临界温度被称为居里温度。而铁磁铁的居里温度就是450摄氏度。
而对于地球而言,它的内部的温度虽然很高,有5500度,但它的内部仍然会产生磁场,并不会出现消磁的现象。据有关学者的理论研究看来,虽然地球的磁场和我们平常的磁铁的磁场很相近,但地球并不是我们理解中一根“磁铁”,而是一个“发电机”。地球根据自转过程中内外地核的自转速度不同,产生了电流,形成了磁场。这种由于地核发电造成的磁场不受温度影响,自然可以忍耐5500度的高温。
磁铁在450度时就消磁了,地核温度高达6千度,为何还有磁场?
虽然磁铁只能吸引少部分的金属,但是它的这种“隔空取物”的神奇本领也足够令人着迷,相信大家都没少玩过。假如你是一个磁铁的“资深玩家”,你就会发现如果把磁铁放上火上,那么磁铁被火烤一会就消磁了,在这种情况下,磁铁就吸引不了任何的金属,这是怎么回事呢?
答案就在磁铁的微观结构里,构成磁铁的每一个原子都有一个微小的磁场,这被称为“微磁”,在正常情况下,磁铁内部的绝大部分“微磁”都是沿着同一个方向整整齐齐地排列着,因此它们就可以叠加成一个较大的磁场,从而对外表现出磁性。
温度其实就是指物体内部微观粒子热运动的激烈程度,当我们把磁铁放在火上烤的时候,磁铁内部原子的热运动就会随着温度的升高而越来越激烈,“微磁”的方向也会跟着改变,当温度升高到一个临界值的时候,这些“微磁”就会变得非常混乱,这会导致它们的磁场相互抵消,从而不再对外表现出磁性。这个临界值被称为“居里温度”,根据测定,我们常见的磁铁(铁氧体磁铁)的“居里温度”为450度(摄氏度,下同)。
我们都知道,地球的核心也会像磁铁一样产生磁场,正是因为有了这个磁场的保护,我们赖以为生的大气层才不会遭到太阳风的破坏。然而科学家却告诉我们,地核的温度极高,可以达到6千度,这就有点奇怪了,磁铁在450度时就消磁了,地核温度高达6千度,为何还有磁场呢?
很明显,在高达6千度的温度下,所有的磁铁都会消磁,因此我们可以确定,地核并不是一块大磁铁,它的磁场肯定是由另外的机制产生的,那具体是什么机制呢?
在过去的日子里,科学家为了解释地球磁场的成因,提出了很多种假说,但随着人们对地核了解的深入,很多假说都被否定了,在剩下的为数不多的假说里,目前认同度较高的是“发电机假说”,下面我们就来了解一下。
地核占地球总质量的16%,半径约为3470公里(和火星差不多大),主要由铁、镍这两种元素构成,地核由外核、过渡层和内核三个层次组成,其中外核的物质因为高温高压而表现出类似液体的性质,而内核则因为更高的压力以固体的形式存在,在它们之间就是过渡层。
该理论假设地核在某一时刻拥有一个微弱的磁场,这被称为“种子磁场”,并认为在高温高压的环境下,外核中处于熔融状态的物质拥有绝佳的导电性能,可以将其视为一个巨大的“封闭线圈”。
该理论认为,由于外核是可以像液体一样流动的,因此这里的物质就会产生对流,与此同时,它们还会因为受到地球自转产生的“科里奥利力”而发生运动。我们先来简单了解一下什么是“科里奥利力”。
地球上的每个质点都会因为地球的自转而具备一个线速度,但不同质点的线速度却不相同,比如说距离地心越近的质点,其线速度就越慢。所谓的“科里奥利力”,就是描述的旋转体系中的某个质点的线速度,相对于整个旋转体系的线速度的偏移,这种“力”其实就是惯性的体现。
当外核中的物质由于上述原因在这个“种子磁场”中运动的时候,就会切割这个“种子磁场”的磁力线,从而产生感应电流,产生的电流会使“种子磁场”增强,而增强的磁场会反过来让外核中的感应电流增强,然后增强的电流又会让“种子磁场”进一步增强……
在这种正反馈机制的作用下,“种子磁场”就变得越来越强大,当它最终达到稳定状态的时候,就形成了现在的地球磁场。那么问题又来了,地核的这个“种子磁场”又是哪里来的呢?
研究者认为,地核温度高达6千度,并且承受着360万个大气压的巨大压力,在这种环境下,地核中的因为高温而产生的自由电子,就会具有向压力较低的地幔扩散的趋势,于是就产生了电荷(地核带正电荷、紧挨着地核的地幔带负电荷),这些电荷会随着外核的运动而形成电流,而“种子磁场”就是因此而产生。
除此之外还有一种可能,正如前面提到的,外核可以视为一个巨大的“封闭线圈”,因此当地球围绕太阳公转的时候,这个“封闭线圈”就可能会因为受到太阳磁场的影响而产生一定强度的感应电流,从而形成一个微弱的磁场。
需要说明的是,虽然上述观点可以较好地解释地球磁场的成因,但是目前并没有得到最终的证实,尽管如此,我们还是可以看到,之所以磁铁在450度时就消磁了,而地核温度高达6千度却还有磁场,其实是因为这两种磁场的产生机制完全不同。
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