Чи є алюміній магнітним?
Багато людей дивуються, коли магніт не прилипає до алюмінію. Вони можуть навіть подумати, що щось не так з магнітом або з металом. Але для такої поведінки є причина.
Алюміній не є магнітним у тому сенсі, в якому більшість людей розуміє магнетизм. Він не притягує магніти, бо не є феромагнітним, а натомість слабо парамагнітним.
Більшість людей ніколи не замислюється про різні типи магнетизму. Але розуміння того, чому алюміній поводиться саме так, починається з розуміння того, що насправді означає "магнітний".
Чому магніти не прилипають до алюмінію?
Більшість людей думають, що всі метали магнітні. Вони беруть магніт для холодильника, пробують його на алюмінії, і нічого не відбувається. Це викликає плутанину.
Магніти не притягуються до алюмінію, бо він не феромагнітний. Феромагнетизм - це властивість, завдяки якій магніти притягуються до таких матеріалів, як залізо.
Алюміній складається з атомів, електрони яких розташовані таким чином, що не підтримують сильного магнітного вирівнювання. Це відрізняється від феромагнітних металів, де багато електронів вирівнюються в одному напрямку, створюючи сильне магнітне поле. Ось чому магніт легко прилипає до заліза, але не до алюмінію.
Хоча алюміній і є металом, він не має правильної атомної структури, щоб підтримувати феромагнетизм. Він підпадає під категорію, яка називається "парамагнітною". Це означає, що він слабко реагує на магнітні поля, але не настільки, щоб до нього прилипали магніти.
Порівняння типів магнетизму
Давайте порівняємо три основні типи магнетизму, щоб зрозуміти, куди підходить алюміній:
| Тип магнетизму | Приклади матеріалів | Магнітна поведінка |
|---|---|---|
| Феромагнітний | Залізо, нікель, кобальт | Сильне притягання, магніти прилипають |
| Парамагнітний | Алюміній, магній | Слабке тяжіння, тільки в сильних полях |
| Діамагнітний | Мідь, вісмут, срібло | Слабке відштовхування |
Алюміній - парамагнітний. Це означає, що в присутності сильного магнітного поля його електрони намагатимуться вирівнятися, але лише злегка і тимчасово.
Але навіть тоді ефект настільки слабкий, що ви не відчуєте жодного притягання і не побачите жодного руху магніту. Ось чому магніти зісковзують з алюмінію так, ніби їх там немає.
Алюміній - феромагнітний матеріал.Неправда.
Алюміній парамагнітний, а не феромагнітний. Він не підтримує сильного магнітного вирівнювання.
Магніти не прилипають до алюмінію, оскільки він не є феромагнітним.Правда.
Алюміній не має електронної структури, необхідної для феромагнетизму, тому магніти до нього не прилипають.
Чи може алюміній стати магнітним за будь-яких умов?
Люди іноді задаються питанням, чи можна якось зробити алюміній магнітним - можливо, за допомогою обробки, електрики або екстремальних умов.
Алюміній не може стати постійно магнітним ні за нормальних, ні за екстремальних умов. Він може демонструвати слабке магнітне вирівнювання в сильних полях, але ефект миттєво зникає, коли поле зникає.
У лабораторних умовах я бачив, що алюміній може проявляти ознаки намагніченості під впливом високих магнітних полів. Але це дуже відрізняється від того, щоб стати магнітним, як магніт холодильника або постійний магніт.
Це тимчасовий ефект. Як тільки поле зникає, матеріал повертається до свого немагнітного стану.
Цей тип тимчасової реакції ми називаємо "індукованим парамагнетизмом". Іншими словами, алюміній проявляє магнітну поведінку лише в магнітному полі. Він не може зберігати цю поведінку.
Коли алюміній здається магнітним
Бувають випадки, коли люди думають, що алюміній стає магнітним:
- Електромагнітна індукція: Коли алюміній рухається в магнітному полі (або навпаки), він може створювати струми, які називаються вихровими. Вони можуть створювати магнітні ефекти.
- Низькі температури: Парамагнетизм стає дещо сильнішим при нижчих температурах, але не настільки, щоб зробити алюміній по-справжньому магнітним.
- Сильні магнітні поля: Ефект можна виміряти на лабораторному обладнанні, але не вручну.
Проте жоден з цих сценаріїв не робить алюміній магнітним у тому сенсі, який люди зазвичай мають на увазі. Як тільки ці умови припиняються, алюміній втрачає магнітну поведінку.
| Умова | Поведінка в алюмінії |
|---|---|
| Нормальне середовище | Немає магнетизму |
| Застосовано сильне магнітне поле | Слабке, тимчасове вирівнювання |
| Після видалення поля | Повертається до немагнітного стану |
| Поблизу надпровідних магнітів | Мала індукована магнітна поведінка |
Алюміній стає постійно магнітним у сильному магнітному полі.Неправда.
Алюміній виявляє лише слабку, тимчасову намагніченість у магнітному полі. Він не стає постійно магнітним.
Алюміній проявляє слабкий магнетизм лише в сильному полі.Правда.
Електрони алюмінію слабо вирівнюються під впливом сильних магнітних полів, але негайно повертаються назад, як тільки поле зникає.
Як алюміній реагує на сильні магнітні поля?
Дехто може подумати, що алюміній взагалі не реагує на магніти, але це не так.
Алюміній демонструє слабку парамагнітну поведінку в сильних магнітних полях. Він тимчасово вирівнює деякі зі своїх електронів, але цей ефект не є постійним.
Якщо я поміщу шматок алюмінію в сильне магнітне поле, наприклад, те, що генерується апаратом МРТ або промисловим електромагнітом, деякі з його електронів трохи змінять свою орієнтацію. Цей ефект називається вирівнюванням з магнітним полем.
Але ця реакція слабка, і вона зникає одразу після того, як магніт прибирають. На відміну від заліза чи нікелю, алюміній не залишається намагніченим і не стає магнітним сам по собі.
Основні характеристики
Давайте розберемося, як поводиться алюміній:
- Лінійна реакція: Магнітний ефект зростає прямо пропорційно напруженості магнітного поля.
- Ніякого збереженого магнетизму: Як тільки зовнішнє поле зникає, алюміній повертається до нормального стану.
- Не виявляється вручну: Щоб виявити зміни, потрібні чутливі інструменти.
- Ніяких магнітних доменів: Алюміній не має областей вирівняних атомів, які можна побачити в магнітних металах.
Порівняння магнітної поведінки
| Матеріал | Магнітні домени? | Постійний магнетизм? | Реакція на сильні поля |
|---|---|---|---|
| Залізо | Так. | Так. | Сильний |
| Мідь | Ні. | Ні. | Легке відштовхування |
| Алюміній | Ні. | Ні. | Слабка привабливість |
Ось чому алюміній часто використовують в електронному та науковому середовищі - він не заважатиме магнітним системам. Але в галузях, де точність має вирішальне значення, необхідно враховувати навіть незначні магнітні ефекти.
Алюміній зберігає магнітне вирівнювання після впливу сильного магніту.Неправда.
Алюміній не зберігає ніякого магнетизму, коли з нього знімається зовнішнє поле.
Магнітний відгук алюмінію збільшується з посиленням магнітного поля.Правда.
Алюміній демонструє більш помітне магнітне вирівнювання в сильніших полях, хоча воно залишається слабким і тимчасовим.
Які практичні наслідки має парамагнетизм алюмінію?
Одна справа знати, що алюміній парамагнітний - але чи має цей слабкий магнетизм значення в реальному світі?
Парамагнетизм алюмінію мало впливає на більшість повсякденних застосувань, але він стає важливим у наукових приладах і високоточних магнітних середовищах.
Більшість людей взагалі не помічають магнетизму алюмінію. У будівництві, пакуванні, посуді та транспорті алюміній поводиться як немагнітний матеріал. Саме тому його використовують у багатьох галузях промисловості.
Але у високоточних полях, таких як МРТ, системи магнітної левітації або лабораторії фізики елементарних частинок, необхідно враховувати парамагнетизм алюмінію. Він може дещо змінювати магнітні поля або реагувати незначними способами, коли його поміщають у чутливі інструменти.
Там, де це важливо
| Заявка | Рівень магнітного занепокоєння | Причина використання алюмінію |
|---|---|---|
| Будівельні рами | Низький | Легкий, немагнітний |
| Аерокосмічні компоненти | Низький | Співвідношення міцності до ваги |
| Корпус або кронштейни для МРТ | Середній | Передбачуваний магнітний відгук |
| Прискорювачі частинок | Високий | Потрібно мінімальне втручання |
Навіть якщо ефект незначний, передбачуваність реакції алюмінію робить його корисним. Інженери можуть точно розрахувати, як поводитиметься алюміній, що дуже важливо в лабораторіях.
Слабкий магнетизм алюмінію впливає на більшість побутової електроніки.Неправда.
У більшості побутової електроніки магнетизм алюмінію занадто слабкий, щоб мати якийсь вплив.
Парамагнетизм алюмінію важливий для наукових приладів.Правда.
Слабкий і передбачуваний магнетизм алюмінію робить його надійним матеріалом для точних інструментів.
Висновок
Алюміній не є магнітним у повсякденному розумінні. Він не притягує магніти і не намагнічується. Натомість він слабо парамагнітний - злегка реагує на сильні магнітні поля, але тільки поки поле присутнє. Це робить його корисним як у повсякденному житті, так і в складних технічних середовищах.
