Алуминият е магнитен метал?

Алуминият е лъскав, проводим и навсякъде, но защо не се залепва за магнит като желязото? Усещането е, че би трябвало. Това странно поведение озадачава мнозина.

Не, алуминият не е магнитен метал. Той е класифициран като парамагнитен, което означава, че слабо взаимодейства с магнитни полета, но не запазва магнетизма си и не привлича магнити.

Нека да разгледаме науката, която стои зад това поведение, как алуминият се държи в магнитна среда и защо то все още е от значение за инженери, производители и учени.

Какво прави алуминия немагнитен, въпреки че е метал?

Алуминият има много от същите физични свойства като другите метали - проводимост и здравина. Тогава защо се държи толкова различно около магнитите?

Алуминият не е магнитен, тъй като в атомната му структура липсват магнитните области, които се срещат във феромагнитните материали. Въпреки че има несдвоени електрони, той не задържа и не реагира силно на магнитни полета.

Защо това се случва на атомно ниво

Металите като желязото са феромагнитни, защото съдържат микроскопични магнитни домени. Тези домени са области, в които магнитните моменти на атомите се подреждат в една и съща посока. Когато са изложени на магнитно поле, тези домени могат да се подредят и да запазят посоката си дори след премахване на полето.

Алуминият обаче се държи по различен начин:

Въпреки че алуминият има несдвоени електрони, които обикновено допринасят за магнетизма, тези електрони са широко разпределени и не взаимодействат достатъчно силно, за да образуват домени. Ето защо алуминият не може да се държи като желязото или никела в магнитни полета.

Взаимодейства ли изобщо алуминият с магнитните полета?

Алуминият не се привлича от магнити, но това не означава, че той напълно игнорира магнитните полета. Всъщност той си взаимодейства по фини, но важни начини.

Да, алуминият взаимодейства с магнитните полета. Въпреки че не привлича магнити, той реагира слабо чрез парамагнетизъм и по-видимо чрез вихрови токове, когато е изложен на променящи се магнитни полета.

Какво се случва, когато алуминият е в близост до магнитно поле

Когато алуминий се постави в магнитно поле:

• Ако полето е статичен (непроменящ се), той реагира много слабо поради парамагнитната си природа.
• Ако полето е промяна на (например при движение на магнит наблизо), алуминият може да генерира вихрови токове. Тези вихрови токове се противопоставят на движението на магнита, дължащо се на Закон на Ленц.

Този ефект е особено забележим при научни демонстрации, при които силен магнит се пуска през алуминиева тръба. Магнитът пада бавно не защото алуминият го привлича, а защото вихровите токове създават магнитно поле, което се противопоставя на падането.

Защо това е важно за инженерството в реалния свят

Спирането с вихрови токове се използва в:

• Ролкови влакчета за безопасно и безшумно спиране
• Влакове с магнитна левитация
• Индукционни отоплителни системи

Въпреки че алуминият не е магнитен в обичайния смисъл на думата, способността му да взаимодейства с динамични магнитни полета го прави изключително полезен.

Може ли алуминият да се намагнетизира при специални условия?

Алуминият е метал, провежда електричество и реагира на полета - така че възможно ли е да го намагнетизираме, ако се постараем достатъчно силно?

Не, алуминият не може да се намагнетизира при никакви условия. Той няма магнитна домейн структура, необходима за постоянен магнетизъм, дори при силни външни полета.

Какво да кажем за изключително силните магнити?

Дори във високоинтензивни магнитни среди като машини за ядрено-магнитен резонанс или лабораторни свръхпроводящи магнити алуминият:

• Има ли не се подреждат в области.
• Има ли не се превръща в постоянен магнит
• Само експонати временни, слаби поведение, дължащо се на индуцирани токове или слабо парамагнитно привличане

Това временно поведение изчезва в момента, в който магнитното поле бъде премахнато.

Защо производителите все още се интересуват

Производителите и дизайнерите на продукти трябва да отчитат немагнитен естеството на алуминия:

• Той е идеален за електроника и медицински изделия, където магнитните смущения могат да причинят вреда.
• Използва се в корпуси за твърди дискове и Инструменти, съвместими с МРТ по тази причина.
• Той е ценен в самолетни и автомобилни части които трябва да избягват смущения в системите за навигация или контрол.

Дори в отбранителните приложения се избират немагнитни метали, за да се избегне задействането на магнитни мини или системи за откриване.

Защо алуминият се смята за парамагнитен, а не за феромагнитен?

Това разграничение обърква много хора, особено след като алуминият все още е метал. Но термините "парамагнитен" и "феромагнитен" се отнасят до поведението на атомно ниво.

Алуминият е парамагнитен, защото има несдвоени електрони, които реагират слабо на външни магнитни полета. Той не е феромагнитен, защото няма магнитни домени, които да се подреждат и да задържат магнетизма.

Нека разгледаме двата вида:

Парамагнетизмът в ежедневието

Повечето парамагнитни материали са:

• Слабо реагират на магнити
• Не залепва за постоянни магнити
• Трудно забележими, освен в лабораторни условия

Други парамагнитни елементи включват магнезий, литий, и тантал-които се държат подобно на алуминия.

Защо това се отразява на начина на проектиране на системи

Знанието, че алуминият е парамагнитен, помага на инженерите:

• Изберете подходящите материали за електромагнитно екраниране
• Изграждане на безопасни корпуси за електроника
• Избягвайте смущения в навигационно, сензорно и комуникационно оборудване.

Това обяснява и защо алуминият не е подходящ за изработване на магнити или чувствителни към магнити системи.

Заключение

Алуминият не е магнитен метал. Той е парамагнитен, което означава, че реагира слабо на магнитни полета, но не може да се намагнетизира или да привлича магнити като желязото. Това уникално поведение, макар и неуловимо, има мощни приложения в инженерството, производството и дизайна.