磁铁是产生磁场的材料,能吸引特定的金属。每个磁铁都有一个北极和一个南极。相反的极点吸引,而相似的极点排斥。
虽然大多数磁铁是由金属和金属合金制成的,但科学家们已经设计出用复合材料(如磁性聚合物)制造磁铁的方法。
金属中的磁性是由于某些金属元素的原子中电子分布不均匀而产生的。这种不均匀分布的电子引起的不规则旋转和运动使原子内部的电荷来回移动,从而产生磁偶极子。
当磁偶极子对齐时,它们产生一个磁畴,一个具有北极和南极的局部磁区。
在非磁性材料中,磁畴面向不同的方向,相互抵消。而在磁化材料中,大多数磁畴是对齐的,指向同一方向,从而产生磁场。排列在一起的磁畴越多,磁力就越强。
2000多年前,希腊、印度和中国的作家记录了有关磁性的基本知识。这种理解大部分是基于观察磁石(一种自然产生的磁性铁矿)对铁的影响。
早期的磁性研究早在16世纪就开始了,然而,直到20世纪才出现现代高强度磁体的发展。
在1940年之前,永磁体仅用于基本应用,如罗盘和称为磁电机的发电机。铝镍钴(Alnico)磁体的发展使永磁体能够取代电机、发电机和扬声器中的电磁铁。
20世纪70年代,钐钴(SmCo)磁体的发明产生的磁体的磁能密度是以往任何可用磁体的两倍。
到20世纪80年代初,对稀土元素磁性的进一步研究导致了钕铁硼(NdFeB)磁体的发现,这使得磁能比SmCo磁体增加了一倍。
稀土磁体现在被广泛应用于从手表、iPad到混合动力汽车发动机和风力发电机的各个领域。
金属和其他材料具有不同的磁相,这取决于它们所在环境的温度。因此,一种金属可能表现出一种以上的磁性。
例如,当加热到1418°F(770°C)以上时,铁失去磁性,变成顺磁性。金属失去磁力的温度称为居里温度。
铁、钴和镍是金属形式中居里温度高于室温的唯一元素。因此,所有磁性材料必须包含其中一种元素。
物质 | 居里温度 |
铁(Fe) | 1418华氏度(770摄氏度) |
钴(钴) | 2066华氏度(1130摄氏度) |
镍(Ni) | 676.4华氏度(358摄氏度) |
钆 | 66华氏度(19摄氏度) |
镝 | -301.27华氏度(-185.15摄氏度) |
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