Onko alumiini magneettinen metalli?

Alumiini on kiiltävää, johtavaa ja kaikkialla - mutta miksi se ei tartu magneettiin kuten rauta? Tuntuu, että sen pitäisi. Tämä outo käyttäytyminen askarruttaa monia.

Ei, alumiini ei ole magneettinen metalli. Se luokitellaan paramagneettiseksi, mikä tarkoittaa, että se on heikossa vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa, mutta se ei säilytä magneettisuutta eikä vedä puoleensa magneetteja.

Tutustutaanpa tämän käyttäytymisen taustalla olevaan tieteeseen, siihen, miten alumiini käyttäytyy magneettisissa ympäristöissä, ja siihen, miksi sillä on yhä merkitystä insinööreille, valmistajille ja tutkijoille.

Mikä tekee alumiinista epämagneettisen, vaikka se on metallia?

Alumiinilla on monia samoja fysikaalisia ominaisuuksia kuin muilla metalleilla, kuten johtavuus ja lujuus. Miksi se sitten käyttäytyy niin eri tavalla magneettien ympärillä?

Alumiini ei ole magneettinen, koska sen atomirakenteesta puuttuvat ferromagneettisissa materiaaleissa esiintyvät magneettiset alueet. Vaikka siinä on parittomia elektroneja, se ei säilytä magneettikenttiä eikä reagoi voimakkaasti niihin.

Miksi tämä tapahtuu atomitasolla

Metallit, kuten rauta, ovat ferromagneettisia, koska niissä on mikroskooppisia magneettisia alueita. Nämä alueet ovat alueita, joilla atomien magneettiset momentit ovat samansuuntaisia. Kun magneettikenttään kohdistetaan magneettikenttä, nämä alueet voivat kohdentua toisiinsa ja säilyttää suunnan myös sen jälkeen, kun kenttä on poistettu.

Alumiini käyttäytyy kuitenkin eri tavalla:

Vaikka alumiinilla on parittomia elektroneja, jotka tyypillisesti vaikuttavat magnetismiin, nämä elektronit ovat laajalle levinneet eivätkä vuorovaikuta tarpeeksi voimakkaasti muodostaakseen verkkotunnuksia. Tämän vuoksi alumiini ei voi käyttäytyä raudan tai nikkelin tavoin magneettikentissä.

Onko alumiini lainkaan vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa?

Alumiini ei vedä puoleensa magneetteja, mutta se ei tarkoita, että se ei välitä magneettikenttiä kokonaan. Se on itse asiassa vuorovaikutuksessa hienovaraisilla mutta tärkeillä tavoilla.

Kyllä, alumiini on vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa. Vaikka se ei vedäkään puoleensa magneetteja, se reagoi heikosti paramagnetismin kautta ja näkyvämmin pyörrevirtojen kautta, kun se altistuu muuttuville magneettikentille.

Mitä tapahtuu, kun alumiini on lähellä magneettikenttää

Kun alumiini asetetaan magneettikenttään:

• Jos kenttä on static (muuttumaton), se reagoi vain hyvin heikosti paramagneettisen luonteensa vuoksi.
• Jos kenttä on muuttuva (esimerkiksi kun magneetti liikkuu lähistöllä), alumiini voi luoda pyörrevirrat. Nämä pyörrevirrat vastustavat magneetin liikettä johtuen Lenzin laki.

Tämä vaikutus on erityisen havaittavissa tieteellisissä demonstraatioissa, joissa voimakas magneetti pudotetaan alumiiniputken läpi. Magneetti putoaa hitaasti, ei siksi, että alumiini vetää sitä puoleensa, vaan siksi, että pyörrevirrat luovat magneettikentän, joka vastustaa putoamista.

Miksi tällä on merkitystä reaalimaailman suunnittelussa

Pyörrevirtajarrutusta käytetään:

• Vuoristoradat turvallinen ja hiljainen jarrutus
• Magneettilevitaatiojunat
• Induktiolämmitysjärjestelmät

Vaikka alumiini ei ole magneettinen tavanomaisessa mielessä, sen kyky vuorovaikuttaa dynaamisten magneettikenttien kanssa tekee siitä erittäin hyödyllisen.

Voiko alumiinia magnetoida erityisolosuhteissa?

Alumiini on metallia, se johtaa sähköä ja reagoi kenttiin - onko siis mahdollista magnetoida se, jos yritämme tarpeeksi kovasti?

Ei, alumiinia ei voi magnetoida missään olosuhteissa. Sillä ei ole kestomagnetismiin tarvittavaa magneettista toimialuerakennetta edes voimakkaissa ulkoisissa kentissä.

Entä erittäin vahvat magneetit?

Jopa erittäin intensiivisissä magneettisissa ympäristöissä, kuten magneettikuvauskoneissa tai laboratoriotason suprajohtavissa magneeteissa, alumiini:

• Onko ei ole kohdistettu toimialueisiin
• Onko ei tule kestomagneettia
• Ainoastaan näyttelyesineet väliaikainen, heikko indusoituneista virroista tai heikosta paramagneettisesta vetovoimasta johtuva käyttäytyminen.

Tämä tilapäinen käyttäytyminen häviää heti, kun magneettikenttä poistetaan.

Miksi valmistajat yhä välittävät

Valmistajien ja tuotesuunnittelijoiden on otettava huomioon ei-magneettinen alumiinin luonne:

• Se on ihanteellinen elektroniikka ja lääkinnälliset laitteet, jossa magneettiset häiriöt voivat aiheuttaa vahinkoa.
• Sitä käytetään kiintolevyjen kotelot ja MRI-yhteensopivat työkalut tästä syystä.
• Se on arvokas lentokoneiden ja autojen osat joiden on vältettävä häiriöitä navigointi- tai valvontajärjestelmissä.

Jopa puolustussovelluksissa käytetään ei-magneettisia metalleja, jotta vältetään magneettisten miinojen tai havaitsemisjärjestelmien laukeaminen.

Miksi alumiinia pidetään paramagneettisena eikä ferromagneettisena?

Tämä ero hämmentää monia ihmisiä, varsinkin kun alumiini on edelleen metalli. Termit paramagneettinen ja ferromagneettinen viittaavat kuitenkin atomitason käyttäytymiseen.

Alumiini on paramagneettinen, koska siinä on parittomia elektroneja, jotka reagoivat heikosti ulkoisiin magneettikenttiin. Se ei ole ferromagneettinen, koska siitä puuttuvat magneettiset alueet, jotka kohdistavat ja säilyttävät magneettisuuden.

Erittelemme nämä kaksi tyyppiä:

Paramagnetismi jokapäiväisessä elämässä

Useimmat paramagneettiset materiaalit ovat:

• Heikko vaste magneetteihin
• Ei tartu kiinni kestomagneetteihin
• Vaikea havaita, ellei laboratorioympäristössä

Muita paramagneettisia alkuaineita ovat magnesium, litiumja tantaali-jotka käyttäytyvät samalla tavalla kuin alumiini.

Miksi tämä vaikuttaa järjestelmien suunnitteluun

Alumiinin paramagneettisuuden tunteminen auttaa insinöörejä:

• Valitse oikeat materiaalit sähkömagneettinen suojaus
• Rakenna turvalliset kotelot elektroniikkaan
• Vältä häiriöitä navigointi-, anturi- ja viestintälaitteet

Se selittää myös sen, miksi alumiini ei sovellu magneettien tai magneettiherkkien järjestelmien valmistukseen.

Päätelmä

Alumiini ei ole magneettinen metalli. Se on paramagneettinen eli se reagoi heikosti magneettikenttiin, mutta sitä ei voi magnetisoida tai vetää puoleensa magneetteja kuten rautaa. Tällä ainutlaatuisella, vaikkakin hienovaraisella käyttäytymisellä on tehokkaita sovelluksia tekniikassa, valmistuksessa ja suunnittelussa.