Kas alumiinium on magnetiline?

Paljud inimesed on üllatunud, kui magnet ei kleepu alumiiniumile. Nad võivad isegi arvata, et magnetiga - või metalliga - on midagi valesti. Kuid sellisel käitumisel on põhjus.

Alumiinium ei ole magnetiline nii, nagu enamik inimesi magnetismi mõistab. See ei tõmba magnetid ligi, sest see ei ole ferromagnetiline, vaid on nõrgalt paramagnetiline.

Enamik inimesi ei mõtle kunagi erinevatele magnetismi liikidele. Kuid mõistmine, miks alumiinium käitub nii, nagu ta käitub, algab sellest, et mõistame, mida "magnetiline" tegelikult tähendab.

Miks magnetid ei kleepu alumiiniumile?

Enamik inimesi arvab, et kõik metallid on magnetilised. Nad võtavad külmkapimagneti, proovivad seda alumiiniumil ja midagi ei juhtu. See tekitab segadust.

Magnetid ei jää alumiiniumi külge kinni, sest see ei ole ferromagnetiline. Ferromagnetism on omadus, mis paneb magnetid kleepuma selliste materjalide külge nagu raud.

Alumiinium koosneb aatomitest, mille elektronid on paigutatud nii, et nad ei toeta tugevat magnetilist joondumist. See erineb ferromagnetilistest metallidest, kus paljud elektronid joonduvad ühes suunas, tekitades tugeva magnetvälja. Seepärast jääb magnet kergesti kinni rauda, kuid mitte alumiiniumi külge.

Kuigi alumiinium on metall, ei ole tal õige aatomi struktuur, mis toetaks ferromagnetismi. See kuulub kategooriasse, mida nimetatakse "paramagnetiliseks". See tähendab, et see reageerib magnetväljadele nõrgalt, kuid mitte piisavalt, et magnetid selle külge kleepuksid.

Magnetismi liikide võrdlemine

Võrdleme kolme põhilist magnetismi tüüpi, et mõista, kuhu alumiinium sobib:

Alumiinium on paramagnetiline. See tähendab, et tugeva magnetvälja juuresolekul püüavad selle elektronid joonduda, kuid ainult veidi ja ajutiselt.

Isegi siis on mõju nii nõrk, et te ei tunne magnetist mingit tõmmet ega näe mingit liikumist. Sellepärast libisebki magnetid alumiiniumist, nagu ei oleks seal midagi.

Kas alumiinium võib muutuda magnetiliseks mis tahes tingimustel?

Inimesed mõtlevad mõnikord, kas alumiiniumi saaks kuidagi magnetiliseks muuta - võib-olla töötlemise, elektri või äärmusliku keskkonna abil.

Alumiinium ei saa muutuda püsivalt magnetiliseks ei tavalistes ega äärmuslikes tingimustes. See võib tugevates väljades näidata nõrka magnetilist joondumist, kuid mõju kaob kohe, kui väli eemaldatakse.

Olen näinud laboris, et alumiiniumil võivad suurte magnetväljade mõjul ilmneda magnetiseerumise tunnused. Kuid see on väga erinev sellest, et see muutub magnetiliseks nagu külmkapimagnet või püsimagnet.

See on ajutine mõju. Kui väli on kadunud, pöördub materjal tagasi mittemagnetilisse olekusse.

Sellist ajutist reaktsiooni nimetame "indutseeritud paramagnetismiks". Teisisõnu, alumiinium näitab magnetilist käitumist ainult magnetvälja sees olles. See ei saa seda käitumist säilitada.

Kui alumiinium tundub magnetiline

On juhtumeid, kus inimesed arvavad, et alumiinium muutub magnetiliseks:

• Elektromagnetiline induktsioon: Kui alumiinium liigub magnetväljas (või vastupidi), võib see tekitada voolu, mida nimetatakse keerisvooluks. Need võivad tekitada magnetilisi mõjusid.
• Madalad temperatuurid: Paramagnetism muutub madalamatel temperatuuridel veidi tugevamaks, kuid mitte piisavalt, et muuta alumiinium tõeliselt magnetiliseks.
• Tugevad magnetväljad: Mõju on mõõdetav laboriseadmetega, kuid mitte käsitsi.

Siiski ei tee ükski neist stsenaariumidest alumiiniumit magnetiliseks nii, nagu inimesed tavaliselt mõtlevad. Hetkel, mil need tingimused lõppevad, kaotab alumiinium magnetilise käitumise.

Kuidas reageerib alumiinium tugevatele magnetväljadele?

Mõned inimesed võivad arvata, et alumiinium ei reageeri magnetitele üldse, kuid see ei ole tõsi.

Alumiinium näitab tugevates magnetväljades nõrka paramagnetilist käitumist. See ühtlustab ajutiselt osa oma elektronidest, kuid see mõju ei ole püsiv.

Kui ma asetan alumiiniumitüki tugeva magnetvälja sisse, nagu seda tekitab näiteks magnetresonantstomograafiaaparaat või tööstuslik elektromagnet, siis mõned selle elektronid nihkuvad veidi oma orientatsiooni. Seda efekti nimetatakse magnetväljaga joondumiseks.

Kuid see reaktsioon on nõrk ja kaob kohe, kui magnet eemaldatakse. Erinevalt rauast või niklist ei jää alumiinium magnetiseerituks ega muutu ise magnetiliseks.

Peamised omadused

Jagame lahti, kuidas alumiinium käitub:

• Lineaarne vastus: Magnetiline efekt suureneb otseselt koos magnetvälja tugevusega.
• Magnetismi ei säilitata: Kui väline väli kaob, muutub alumiinium taas normaalseks.
• Ei ole käsitsi tuvastatav: Muutuste tuvastamiseks on vaja tundlikke instrumente.
• Magnetilised domeenid puuduvad: Alumiiniumil ei ole magnetilistes metallides esinevaid joondatud aatomite piirkondi.

Magnetilise käitumise võrdlus

Seetõttu kasutatakse alumiiniumi sageli elektroonika- ja teaduskeskkondades - see ei häiri magnetilisi süsteeme. Kuid valdkondades, kus täpsus on kriitiline, tuleb arvestada ka väikeste magnetiliste käitumistega.

Millised praktilised mõjud on alumiiniumi paramagnetismil?

Üks asi on teada, et alumiinium on paramagnetiline, kuid kas see nõrk magnetism on reaalses maailmas oluline?

Alumiiniumi paramagnetismil on enamikus igapäevastes rakendustes vähe mõju, kuid see muutub oluliseks teadusinstrumentides ja suure täpsusega magnetilistes keskkondades.

Enamik inimesi ei märka alumiiniumi magnetismi üldse. Alumiinium käitub ehituses, pakendites, toiduvalmistamisel ja transpordis nagu mittemagnetiline materjal. Seepärast kasutatakse seda nii paljudes tööstusharudes.

Kuid suure täpsusega valdkondades - nagu magnetresonantstomograafiaaparaadid, magnetilised hõljumissüsteemid või osakestefüüsika laborid - tuleb arvestada alumiiniumi paramagnetismiga. See võib tundlikesse seadmetesse paigutades magnetvälju veidi muuta või reageerida väikestel viisidel.

Kui see on oluline

Kuigi mõju on väike, muudab alumiiniumi reaktsiooni prognoositavus selle kasulikuks. Insenerid saavad täpselt välja arvutada, kuidas alumiinium käitub, mis on laboratooriumides kriitilise tähtsusega.

Kokkuvõte

Alumiinium ei ole igapäevases mõttes magnetiline. See ei tõmba ligi magneteid ega muutu magnetiliseks. Selle asemel on ta nõrgalt paramagnetiline - ta reageerib tugevale magnetväljale kergelt, kuid ainult siis, kui väli on olemas. See muudab selle kasulikuks nii igapäevases kui ka arenenud tehnilises keskkonnas.