Onko alumiini magneettinen?

Monet yllättyvät, kun magneetti ei tartu alumiiniin. He saattavat jopa ajatella, että magneetissa - tai metallissa - on jotain vikaa. Tähän käyttäytymiseen on kuitenkin syy.

Alumiini ei ole magneettinen siinä mielessä kuin useimmat ihmiset ymmärtävät magnetismin. Se ei vedä puoleensa magneetteja, koska se ei ole ferromagneettinen, vaan se on heikosti paramagneettinen.

Useimmat ihmiset eivät koskaan ajattele magnetismin eri tyyppejä. Mutta sen ymmärtäminen, miksi alumiini toimii niin kuin se toimii, alkaa ymmärtämällä, mitä "magneettinen" todella tarkoittaa.

Miksi magneetit eivät tartu alumiiniin?

Useimmat ihmiset luulevat, että kaikki metallit ovat magneettisia. He ottavat jääkaappimagneetin, kokeilevat sitä alumiiniin, eikä mitään tapahdu. Tämä aiheuttaa hämmennystä.

Magneetit eivät tartu alumiiniin, koska se ei ole ferromagneettinen. Ferromagnetismi on ominaisuus, joka saa magneetit tarttumaan raudan kaltaisiin materiaaleihin.

Alumiini koostuu atomeista, joiden elektronit ovat järjestäytyneet siten, että ne eivät tue vahvaa magneettista suuntautumista. Tämä eroaa ferromagneettisista metalleista, joissa monet elektronit suuntautuvat samaan suuntaan ja luovat voimakkaan magneettikentän. Siksi magneetti tarttuu helposti rautaan mutta ei alumiiniin.

Vaikka alumiini on metalli, sen atomirakenne ei ole oikea ferromagnetismiin. Se kuuluu luokkaan nimeltä "paramagneettinen". Tämä tarkoittaa, että se reagoi heikosti magneettikenttiin, mutta ei tarpeeksi, jotta magneetit voisivat tarttua siihen.

Magnetismityyppien vertailu

Vertaillaan kolmea magnetismin perustyyppiä, jotta ymmärretään, mihin alumiini sopii:

Alumiini on paramagneettinen. Tämä tarkoittaa, että voimakkaan magneettikentän läsnä ollessa sen elektronit pyrkivät suuntautumaan, mutta vain hieman ja väliaikaisesti.

Silloinkin vaikutus on niin heikko, että et tunne vetoa tai näe magneetin liikettä. Siksi magneetit liukuvat irti alumiinista ikään kuin siinä ei olisi mitään.

Voiko alumiinista tulla magneettinen missä tahansa olosuhteissa?

Ihmiset miettivät joskus, voisiko alumiinista tehdä jotenkin magneettista - ehkäpä käsittelyn, sähkön tai äärimmäisten olosuhteiden avulla.

Alumiini ei voi muuttua pysyvästi magneettiseksi normaali- tai ääriolosuhteissa. Se voi osoittaa heikkoa magneettista suuntautumista voimakkaissa kentissä, mutta vaikutus häviää välittömästi, kun kenttä poistetaan.

Olen nähnyt laboratorio-olosuhteissa, että alumiini voi osoittaa merkkejä magnetoitumisesta, kun se altistetaan voimakkaille magneettikentille. Tämä on kuitenkin hyvin erilaista kuin se, että se muuttuisi magneettiseksi kuten jääkaappimagneetti tai kestomagneetti.

Se on väliaikainen vaikutus. Kun kenttä katoaa, materiaali palaa ei-magneettiseen tilaansa.

Tällaista väliaikaista vastetta kutsumme "indusoiduksi paramagnetismiksi". Toisin sanoen alumiini käyttäytyy magneettisesti vain magneettikentän sisällä. Se ei voi säilyttää tätä käyttäytymistä.

Kun alumiini näyttää magneettiselta

On tapauksia, joissa ihmiset luulevat alumiinin muuttuvan magneettiseksi:

• Sähkömagneettinen induktio: Kun alumiini liikkuu magneettikentässä (tai päinvastoin), se voi tuottaa virtauksia, joita kutsutaan pyörrevirroiksi. Nämä voivat aiheuttaa magneettisia vaikutuksia.
• Matalat lämpötilat: Paramagnetismi voimistuu hieman alhaisemmissa lämpötiloissa, mutta ei niin paljon, että alumiini olisi todella magneettinen.
• Voimakkaat magneettikentät: Vaikutus on mitattavissa laboratoriolaitteilla, mutta ei käsin.

Silti mikään näistä skenaarioista ei tee alumiinista magneettista sillä tavalla kuin ihmiset yleensä tarkoittavat. Heti kun nämä olosuhteet lakkaavat, alumiini menettää magneettisen käyttäytymisensä.

Miten alumiini reagoi voimakkaisiin magneettikenttiin?

Jotkut saattavat ajatella, että alumiini ei reagoi lainkaan magneetteihin, mutta se ei ole totta.

Alumiini käyttäytyy heikosti paramagneettisesti voimakkaissa magneettikentissä. Se kohdistaa tilapäisesti osan elektroneistaan, mutta vaikutus ei ole pysyvä.

Jos asetan alumiinipalan voimakkaaseen magneettikenttään, kuten magneettikuvauslaitteen tai teollisuuden sähkömagneetin tuottamaan kenttään, osa sen elektroneista muuttaa hieman suuntaansa. Tätä vaikutusta kutsutaan kohdistukseksi magneettikenttään.

Tämä vaste on kuitenkin heikko, ja se häviää välittömästi, kun magneetti poistetaan. Toisin kuin rauta tai nikkeli, alumiini ei pysy magnetoituneena tai muutu magneettiseksi itsestään.

Tärkeimmät ominaisuudet

Selvitetään, miten alumiini käyttäytyy:

• Lineaarinen vaste: Magneettinen vaikutus kasvaa suoraan magneettikentän voimakkuuden myötä.
• Ei säilynyt magneettisuus: Kun ulkoinen kenttä katoaa, alumiini palaa normaaliksi.
• Ei havaittavissa käsin: Tarvitaan herkkiä välineitä muutosten havaitsemiseksi.
• Ei magneettisia verkkotunnuksia: Alumiinissa ei ole magneettisissa metalleissa esiintyviä samansuuntaisten atomien alueita.

Magneettisen käyttäytymisen vertailu

Tämän vuoksi alumiinia käytetään usein elektroniikka- ja tiedeympäristöissä - se ei häiritse magneettisia järjestelmiä. Mutta aloilla, joilla tarkkuus on kriittistä, pienetkin magneettiset käyttäytymismallit on otettava huomioon.

Mitä käytännön vaikutuksia alumiinin paramagnetismilla on?

On yksi asia tietää, että alumiini on paramagneettinen, mutta onko tällä heikolla magneettisuudella merkitystä todellisessa maailmassa?

Alumiinin paramagnetismilla ei ole juurikaan vaikutusta useimmissa arkipäivän sovelluksissa, mutta se on tärkeää tieteellisissä instrumenteissa ja korkean tarkkuuden magneettisissa ympäristöissä.

Useimmat ihmiset eivät huomaa alumiinin magnetismia lainkaan. Rakentamisessa, pakkauksissa, keittoastioissa ja kuljetuksessa alumiini käyttäytyy kuin ei-magneettinen materiaali. Siksi sitä käytetään niin monilla teollisuudenaloilla.

Alumiinin paramagnetismi on kuitenkin otettava huomioon korkean tarkkuuden aloilla, kuten magneettikuvauslaitteissa, magneettilevitaatiojärjestelmissä tai hiukkasfysiikan laboratorioissa. Se voi hieman muuttaa magneettikenttiä tai reagoida pienillä tavoilla, kun se sijoitetaan herkkiin instrumentteihin.

Missä sillä on merkitystä

Vaikka vaikutus on vähäinen, alumiinin reaktion ennustettavuus tekee siitä hyödyllisen. Insinöörit voivat laskea tarkasti, miten alumiini käyttäytyy, mikä on tärkeää laboratorioissa.

Päätelmä

Alumiini ei ole magneettista jokapäiväisessä mielessä. Se ei vedä puoleensa magneetteja eikä magnetisoidu. Sen sijaan se on heikosti paramagneettinen - se reagoi hieman voimakkaisiin magneettikenttiin, mutta vain kentän ollessa läsnä. Tämä tekee siitä käyttökelpoisen sekä jokapäiväisissä että kehittyneissä teknisissä ympäristöissä.