Kas alumiinium on magnetiline metall?

Alumiinium on läikiv, juhtiv ja kõikjal olemas - kuid miks see ei kleepu magnetile nagu raud? Tundub, et peaks. See kummaline käitumine hämmastab paljusid.

Ei, alumiinium ei ole magnetiline metall. See on klassifitseeritud kui paramagnetiline, mis tähendab, et see suhtleb nõrgalt magnetväljadega, kuid ei säilita magnetismi ega tõmba ligi magneteid.

Uurime selle käitumise taga olevat teadust, kuidas alumiinium käitub magnetilises keskkonnas ja miks see on endiselt oluline nii inseneridele, tootjatele kui ka teadlastele.

Mis teeb alumiiniumi mittemagnetiliseks, kuigi see on metall?

Alumiiniumil on palju samu füüsikalisi omadusi kui teistel metallidel - näiteks elektrijuhtivus ja tugevus. Miks see siis käitub magnetite ümber nii erinevalt?

Alumiinium on mittemagnetiline, sest selle aatomi struktuuris puuduvad ferromagnetilistes materjalides leiduvad magnetilised domeenid. Kuigi tal on paardumata elektronid, ei säilita ta magnetvälju ega reageeri neile tugevalt.

Miks see toimub aatomi tasandil

Metallid, nagu raud, on ferromagnetilised, sest nad sisaldavad mikroskoopilisi magnetilisi domeene. Need domeenid on piirkonnad, kus aatomite magnetilised momendid on ühes suunas. Magnetvälja mõjul võivad need domeenid joonduda ja säilitada oma suuna ka pärast välja eemaldamist.

Alumiinium käitub aga teisiti:

Kuigi alumiiniumil on paaritu elektronid, mis tavaliselt aitavad kaasa magnetismile, on need elektronid laialt jaotunud ja ei suhtle piisavalt tugevalt, et moodustada domeene. Seetõttu ei saa alumiinium magnetväljas käituda nagu raud või nikkel.

Kas alumiinium suhtleb üldse magnetväljadega?

Alumiinium ei tõmba magnetid ligi, kuid see ei tähenda, et see ignoreerib magnetvälju täielikult. Tegelikult suhtleb see peened, kuid olulised viisid.

Jah, alumiinium suhtleb magnetväljadega. Kuigi ta ei tõmba magnetid ligi, reageerib ta nõrgalt paramagnetismi kaudu ja nähtavamalt keerisvoolude kaudu, kui ta puutub kokku muutuvate magnetväljadega.

Mis juhtub, kui alumiinium on magnetvälja lähedal

Kui alumiinium asetatakse magnetvälja:

• Kui väli on staatiline (muutumatu), reageerib see oma paramagnetilise olemuse tõttu ainult väga nõrgalt.
• Kui väli on muutuv (näiteks kui magnet liigub lähedal), võib alumiinium tekitada keerisvoolud. Need keerisvoolud vastanduvad magneti liikumisele, mis on tingitud Lenz'i seadus.

See efekt on eriti märgatav teaduslikes demonstratsioonides, kus tugev magnet lastakse läbi alumiiniumtoru. Magnet langeb aeglaselt, mitte sellepärast, et alumiinium seda ligi tõmbab, vaid sellepärast, et keerisvoolud tekitavad magnetvälja, mis takistab kukkumist.

Miks see on oluline reaalses inseneriteaduses

Pöördvoolupidurdust kasutatakse järgmistes seadmetes:

• Rulluisud ohutuks ja vaikseks pidurdamiseks
• Magnetkiirusega rongid
• Induktsioonkütte süsteemid

Kuigi alumiinium ei ole tavapärases mõttes magnetiline, on selle võime suhelda dünaamiliste magnetväljadega väga kasulik.

Kas alumiiniumi saab magnetiseerida eritingimustel?

Alumiinium on metall, see juhib elektrit ja reageerib väljadele - kas on võimalik seda magnetiseerida, kui me piisavalt kõvasti püüame?

Ei, alumiiniumi ei saa magnetiseerida mitte mingil juhul. Sellel ei ole püsimagnetiseerimiseks vajalikku magnetilist domeenistruktuuri isegi tugevates välisväljades.

Kuidas on lood äärmiselt tugevate magnetitega?

Isegi suure intensiivsusega magnetilistes keskkondades, nagu magnetresonantstomograafiaaparaadid või laboratoorsed ülijuhtivad magnetid, on alumiinium:

• Kas ei viida vastavusse domeenide kaupa
• Kas ei muutu püsimagnetiks
• Ainult eksponaadid ajutine, nõrk indutseeritud vooludest või nõrgast paramagnetilisest tõmbest tingitud käitumine

See ajutine käitumine kaob hetkel, mil magnetväli eemaldatakse.

Miks tootjad ikka veel hoolivad

Tootjad ja tootedisainerid peavad arvestama mittemagnetiline alumiiniumi olemus:

• See on ideaalne elektroonika ja meditsiiniseadmed, kus magnetilised häired võivad tekitada kahju.
• Seda kasutatakse kõvaketaste korpused ja MRT-ga ühilduvad vahendid sel põhjusel.
• See on väärtuslik õhusõidukite ja mootorsõidukite osad mis peavad vältima häireid navigatsiooni- või juhtimissüsteemides.

Isegi kaitserakendustes valitakse mittemagnetilised metallid, et vältida magnetmiinide või avastamissüsteemide vallandumist.

Miks peetakse alumiiniumi paramagnetiliseks ja mitte ferromagnetiliseks?

See erinevus ajab paljud inimesed segadusse, eriti kuna alumiinium on ikkagi metall. Kuid terminid paramagnetiline ja ferromagnetiline viitavad aatomitasandi käitumisele.

Alumiinium on paramagnetiline, sest sellel on paaritu elektronid, mis reageerivad nõrgalt välistele magnetväljadele. Ta ei ole ferromagnetiline, sest tal puuduvad magnetilised domeenid, mis joonduvad ja säilitavad magnetismi.

Jagame need kaks tüüpi:

Paramagnetism igapäevaelus

Enamik paramagnetilisi materjale on:

• nõrgalt reageerivad magnetitele
• Püsimagnetite külge mittekleepuv
• Raske märgata, välja arvatud laboratooriumis

Muud paramagnetilised elemendid on järgmised magneesium, liitiumja tantaal-mis käituvad sarnaselt alumiiniumiga.

Miks see mõjutab meie süsteemide projekteerimist

Teadmine, et alumiinium on paramagnetiline, aitab inseneridel:

• Valige õiged materjalid elektromagnetiline varjestus
• Ehita turvalised korpused elektroonika jaoks
• Vältida sekkumist navigatsiooni-, sensor- ja sideseadmed

See selgitab ka seda, miks alumiinium ei sobi magnetite või magnetitundlike süsteemide valmistamiseks.

Kokkuvõte

Alumiinium ei ole magnetiline metall. See on paramagnetiline - see tähendab, et ta reageerib nõrgalt magnetväljadele, kuid ei saa magnetiseeruda ega tõmmata magneteid nagu raud. See ainulaadne käitumine on küll peen, kuid omab võimsaid rakendusi inseneriteaduses, tootmises ja disainis.