1. Уводзіны
Кароткі адказ: алюміній не магнетычны ў паўсядзённым сэнсе. Ён не паводзіць сябе як жалеза, сталь, нік, або кобальт, якія могуць моцна прыцягвацца да магнітаў.
Аднак, поўны навуковы адказ больш нюансаваны. Алюміній сапраўды мае слабую магнітную рэакцыю, і пры пэўных умовах ён можа ўзаемадзейнічаць з магнітнымі палямі спосабамі, якія здзіўляюць людзей.
Гэта адрозненне мае значэнне, таму што слова магнітныя свабодна выкарыстоўваецца ў паўсядзённым жыцці. У галіне фізікі і матэрыялазнаўства, магнетызм - гэта не асобная з'ява, а група паводзін.
Алюміній ставіцца да адной з больш слабых катэгорый, не моцна магнітны клас, які большасць людзей мае на ўвазе.
2. Што на самой справе азначае «магнітны».
Калі людзі пытаюцца, ці з'яўляецца матэрыял магнітным, яны звычайна азначаюць адну з трох рэчаў:
- Ці прыліпае да магніта?
- Ці можа ён моцна прыцягвацца магнітным полем?
- Ці можа ён сам стаць пастаянным магнітам?
Алюміній робіць не рабіць што-небудзь з гэтых рэчаў так, як гэта робяць ферамагнітныя металы.
З навуковага пункту гледжання, матэрыялы звычайна групуюцца як:
- Ферамагнітны: моцна прыцягваецца да магнітаў і можа захоўваць намагнічанасць, напрыклад, жалеза і сталь.
- Парамагнітны: слаба прыцягваецца да магнітных палёў.
- Дыямагнітныя: слаба адштурхваюцца ад магнітных палёў.
Алюміній ёсць парамагнітныя, гэта азначае, што ён толькі слаба прыцягваецца да магнітнага поля. Гэты эфект настолькі малы, што, у звычайным карыстанні, алюміній разглядаецца як немагнітны.
3. Уласныя магнітныя паводзіны алюмінію
Алюміній ёсць не ферамагнітныя. Ён не мае ўнутранай даменнай структуры, якая дазваляе жалеза, нік, або кобальт, каб стаць моцна намагнічаным або захаваць намагнічанасць пасля выдалення знешняга поля. У тым штодзённым сэнсе, алюміній не з'яўляецца «магнітным металам».
З пункту гледжання фізікі, аднак, алюміній ёсць парамагнітныя. Гэта азначае, што ён вельмі слабы, станоўчы адказ на прыкладзенае магнітнае поле.
Эфект адбываецца ад паводзін яго электронаў: пры ўздзеянні магнітнага поля, алюміній стварае малюсенькае індукаванае выраўноўванне, якое злёгку ўзмацняе поле. Гэты адказ рэальны і паддаецца вымярэнню, але гэта вельмі мала.
Алюміній таксама валодае важнай электрамагнітнай уласцівасцю, якая часта выклікае блытаніну.
Таму што гэта добры электрычны праваднік, рух алюмінія праз зменлівае магнітнае поле, або перамяшчэнне магнітнага поля адносна алюмінія, можа генераваць віхравыя токі у метале.
Гэтыя токі ствараюць сваё ўласнае супрацьлеглае магнітнае поле, якія могуць ствараць прыкметныя сілы, такія як тармажэнне або супраціў.
Гэта не тое ж самае, што магнітнае прыцягненне ў ферамагнітным сэнсе; гэта індукцыйны эфект, выкліканы праводнасцю.
Так, навукова, алюміній лепш за ўсё апісаць як слабапарамагнітныя, электраправодны, і неферамагн.
4. Чаму алюміній часта лічаць «немагнітным»?
Алюмініем часта называюць немагнітны таму што, у звычайным практычным выкарыстанні, ён не паводзіць сябе як магнітны матэрыял.
Да яго не прыліпне магніт на халадзільнік, ён не становіцца пастаянна намагнічаным, і гэта не паказвае моцнага прыцягнення, звязанага са сталлю або жалезам.
Гэта спрошчанае апісанне карысна, таму што ўнутраны магнітны адказ алюмінія настолькі слабы, што звычайна не мае значэння ў штодзённым жыцці.
Для большасці інжынерных, спажыўца, і бытавога прымянення, розніца паміж «слабапарамагнітнымі» і «немагнітнымі» не мае практычных наступстваў.
Тэрмін таксама шырока выкарыстоўваецца, таму што эфекты, якія людзі заўважаюць з алюмініем, звычайна выкліканыя віхравыя токі, не магнетызмам у звычайным разуменні.
Пры ўзаемадзеянні алюмінія з рухомым магнітам або зменлівым магнітным полем, выніковыя сілы ўзнікаюць ад электрамагнітнай індукцыі, а не ад пастаяннага магнітнага прыцягнення.
Вось чаму можа здацца, што алюміній «супраціўляецца» руху ў магнітных дэманстрацыях, але пры гэтым не з'яўляецца магнітным у знаёмым ферамагнітным спосабе.
Карацей кажучы, алюміній лічыцца немагнітным, таму што ён не моцна прыцягвае магніты, не можа ўтрымліваць намагнічанасць, і паводзіць сябе як магнітна нейтральны метал у большасці рэальных сітуацый.
Больш дакладнае навуковае апісанне - гэта так слабапарамагнітныя.
5. Фізіка за алюмініем і магнетызмам
Магнітныя паводзіны алюмінію абумоўлены яго электроннай канфігурацыяй і атамнай структурай.
Парамагнетызм у алюмініі
Парамагнітныя матэрыялы маюць няпарныя электроны, якія ствараюць малюсенькія магнітныя моманты.
Калі дзейнічае знешняе магнітнае поле, гэтыя моманты крыху супадаюць з полем. У алюмініі, гэта выраўноўванне вельмі слабое і знікае пасля выдалення поля.
Няма пастаяннай намагнічанасці
У адрозненне ад ферамагнітных матэрыялаў, алюміній не мае моцных унутраных магнітных даменаў, якія фіксуюць выраўноўванне. Таму ён не можа стаць пастаянным магнітам.
Віхравыя токі ў рухомых палях
Тут алюміній становіцца асабліва цікавым. Нягледзячы на тое, што ён не з'яўляецца моцным магнітам, ён электраправодны.
Калі алюміній рухаецца праз магнітнае поле, або калі змяняецца магнітнае поле вакол яго, віхравыя токі індукуюцца ў метале.
Гэтыя токі ствараюць уласнае супрацьлеглае магнітнае поле. У выніку, алюмініевая банка:
- запаволіць рухомыя магніты,
- ствараюць прыкметнае супраціўленне ў электрамагнітных сістэмах,
- моцна рэагуюць на ўстаноўкі магнітнага тармажэння.
Гэта не тое самае, што быць ферамагнітным. Гэта эфект электрамагнітнай індукцыі, не з'яўляецца пастаянным магнітным уласцівасцю.
6. Легіраванне і апрацоўка: Ці становяцца алюмініевыя сплавы магнітнымі?
У цэлым, алюмініевыя сплавы не становяцца магнітнымі ў ферамагнітным сэнсе проста таму, што яны легаваныя або апрацаваныя.
Прычына фундаментальная: сам алюміній не з'яўляецца ферамагнітным металам, і звычайныя легіруючыя дабаўкі, якія выкарыстоўваюцца ў металургіі алюмінія, звычайна не ствараюць атамнага парадку, неабходнага для моцнага, пастаянны магнетызм.
Чаму легіраванне звычайна не робіць алюміній магнітным
Алюмініевыя сплавы звычайна ўмацоўваюць такімі элементамі, як:
- магній
- крэмнім
- медзь
- цынк
- марганец
- літый
Гэтыя дадаткі выбраны для павышэння трываласці, Каразія супраціву, лібельнасць, або рэакцыя на тэрмічную апрацоўку. Яны ёсць не прызначаны для стварэння ферамагн.
Мікраструктуры, якія ўтвараюцца ў алюмініевых сплавах, звычайна падтрымліваюць ападкавае цвярдзенне, цвёрдарастворнае ўмацаванне, або ачыстка збожжа, не паводзіны магнітнага дамена.
Гэта азначае, што сплаў можа стаць больш трывалым, цяжэй, або больш паддаецца тэрмічнай апрацоўцы, але ён усё яшчэ не набывае ўнутраную магнітную даменную структуру, неабходную для сапраўднага ферамагнетызму.
Калі алюмініевы сплаў можа здацца злёгку магнітным
Ёсць некалькі прычын, па якіх алюмініевы сплаў можа ўзаемадзейнічаць з магнітам больш, чым чысты алюміній:
Сляды забруджвання
Падчас вытворчасці або механічнай апрацоўкі, алюмініевая дэталь можа сабраць невялікую колькасць жалеза або сталі.
Гэта забруджванне можа зрабіць дэталь слабамагнітнай, хоць сам алюміній такім не з'яўляецца.
Магнітныя інтэрметалідныя часціцы
Некаторыя сплавы ўтрымліваюць невялікія інтэрметалідныя злучэнні, якія могуць мець слабую магнітную рэакцыю. Звычайна гэта нязначна і не робіць аб'ёмны сплаў магнітным у практычным сэнсе.
Віхратокавыя эфекты
Магніт, які рухаецца паблізу алюмінія, можа выклікаць моцны бачны эфект, таму што праводзіць сплаў стварае віхравыя токі.
Гэта часта прымаюць за магнетызм, але на самой справе гэта з'ява электрамагнітнай індукцыі.
Ці змяняе апрацоўка магнетызм?
Апрацоўка можа змяніць моц, цяжкасць, і электраправоднасць з алюмініевага сплаву, але гэта звычайна не ператварае сплаў у магнітны матэрыял.
Напрыклад:
- Тэрмічная апрацоўка можа змяняць структуру асадка і механічныя ўласцівасці.
- Халодная праца можа змяніць структуру і трываласць збожжа.
- Кастынг супраць. каваная апрацоўка можа паўплываць на размеркаванне прымешак і аднастайнасць мікраструктуры.
Гэтыя змены могуць крыху паўплываць на тое, як матэрыял рэагуе на магнітнае поле, але яны не ствараюць сапраўднага ферамагнетызму.
Практычны вывад
З інжынернага пункту гледжання, алюмініевыя сплавы па-ранейшаму разглядаюцца як Немагнітныя матэрыялы.
Легіраванне і апрацоўка могуць прывесці да невялікіх змяненняў у магнітнай рэакцыі, але яны не прымушаюць алюміній паводзіць сябе як магнітны метал у звычайным сэнсе.
Так што выснова слушная:
Алюмініевыя сплавы не становяцца магнітнымі толькі таму, што іх легіруюць або апрацоўваюць; максімум, яны могуць быць вельмі слабымі, выпадковыя магнітныя эфекты.
7. Распаўсюджаныя памылкі і практычныя дэманстрацыі
Памылковае ўяўленне 1: «Калі магніт не прыліпае, матэрыял зусім не магнітны».
Не зусім. Алюміній не прыліпае да магніта, але ён усё яшчэ мае слабую магнітную рэакцыю і можа ўзаемадзейнічаць са зменлівымі магнітнымі палямі.
Памылковае ўяўленне 2: «Калі алюміній можа ўплываць на магніты, ён павінен быць магнітным».
Зноў, не зусім. Эфект звычайна абумоўлены праводнасцю і індукаванымі токамі, не ўнутраны ферамагнетызм.
Памылковае ўяўленне 3: «Усе металы магнітныя».
Хлусня. Многія металы не з'яўляюцца моцнымі магнітнымі. Некаторыя з іх парамагнітныя, некаторыя дыямагн, і толькі меншая група з'яўляецца ферамагнітнымі.
Просты эксперымент
Калі ўпусціць моцны магніт праз алюмініевую трубку, ён падае значна павольней, чым падае праз паветра.
Гэта таму, што рухомы магніт выклікае віхравыя токі ў алюмініі, і гэтыя плыні супрацьстаяць руху.
Гэта класічная дэманстрацыя электрамагнітнай індукцыі, не звычайны магнетызм.
8. Алюміній у рэальных прыкладаннях
Слабыя магнітныя паводзіны алюмінія важныя ў многіх практычных умовах.
Аэракасмічная прамысловасць і транспарт
Алюміній шырока выкарыстоўваецца ў самалётах, аўтамабілі, цягнікі, і ровары, таму што ён лёгкі і не выклікае такіх жа праблем з магнітнымі перашкодамі, як ферамагнітныя металы.
Электроніка і дакладныя прыборы
Таму што алюміній не з'яўляецца моцным магнітам, гэта карысна ў вальерах, дапрацоўкі, Цеплаячальнікі, і структурныя апоры для адчувальных прылад.
МРТ і медыцынскае асяроддзе
Каля сістэм МРТ часта аддаюць перавагу неферамагнітным матэрыялам. Алюміній часта падыходзіць, таму што ён не паводзіць сябе як сталь або жалеза.
У такіх умовах, аднак, яшчэ трэба ўлічваць праводнасць, віхравыя токі, і асаблівыя патрабаванні бяспекі.
Магнітныя тармазныя і індукцыйныя сістэмы
Алюміній выкарыстоўваецца ў сістэмах, якія выкарыстоўваюць віхравыя токі, напрыклад, некаторыя тармазы і электрамагнітныя прылады амартызацыі.
Яго праводнасць робіць яго карысным у гэтых прыкладаннях, нават калі ён не з'яўляецца магнітным металам у звычайным разуменні.
9. Чым алюміній адрозніваецца ад ферамагнітных металаў
Ад ферамагнітных металаў алюміній адрозніваецца не толькі ступенню магнетызму, але ў фундаментальны механізм якімі ён рэагуе на магнітныя палі.
Гэта адрозненне вельмі важнае. Алюміній ёсць парамагнітныя, гэта азначае, што ён паказвае толькі вельмі слабое прыцягненне да знешняга магнітнага поля.
Ферамагнітныя металы, такія як жалеза, кобальт, нік, і многія сталі дэманструюць значна больш моцную магнітную рэакцыю, таму што іх атамныя магнітныя моманты могуць сумесна выраўноўвацца ў стабільныя магнітныя дамены.
Асноўныя адрозненні
| Маёмасць | Алюміній | Ферамагнітныя металы |
| Магнітны клас | Парамагнітны | Ферамагнітны |
| Рэакцыя на статычны магніт | Вельмі слабы, звычайна незаўважна | Моцнае прыцягненне |
| Можа захоўваць намагнічанасць | Ніякі | Так, часта моцна |
| Магнітныя дамены | Няма ферамагнітнай даменнай структуры | Асобныя дамены выраўноўваюцца пад дзеяннем магнітнага поля |
| Паўсядзённыя паводзіны | Звычайна разглядаюцца як немагнітныя | Відавочна магнетычны |
| Узаемадзеянне з рухомымі магнітамі | Віхравыя токі могуць ствараць супраціў | Магнітнае прыцягненне плюс эфекты індукцыі |
10. Conclusion
Алюміній ёсць не магнетычны ў тым сэнсе, як большасць людзей. Яно не моцна прыцягваецца да магнітаў, не можа стаць пастаянным магнітам, і звычайна разглядаецца як немагнітны ў штодзённым выкарыстанні.
Па-навуковаму, аднак, алюміній ёсць парамагнітныя, гэта азначае, што ён мае вельмі слабую магнітную рэакцыю. Ён таксама можа ўзаемадзейнічаць з магнітнымі палямі праз віхравыя токі, таму што з'яўляецца электраправодным.
Такім чынам, самы дакладны адказ такі:
Алюміній не з'яўляецца ферамагнітным, але ён слаба парамагнітны і можа ўдзельнічаць у электрамагнітных уздзеяннях.
Менавіта таму матэрыял на практыцы лічыцца немагнітным, але ўсё яшчэ гуляе важную ролю ў магнітных і электрамагнітных прыкладаннях.
FAQ
Магніт прыліпае да алюмінію?
Ніякі. Звычайны магніт не будзе прыліпаць да алюмінію, як да жалеза або сталі.
Алюміній цалкам немагнітны?
Не цалкам. Ён мае вельмі слабую парамагнітную рэакцыю і можа ўзаемадзейнічаць са зменлівымі магнітнымі палямі.
Чаму магніт павольна падае праз алюміній?
Таму што рухомы магніт выклікае віхравыя токі ў алюмініі, якія ствараюць супрацьлеглую магнітную сілу.
Ці бяспечны алюміній для кабінетаў МРТ?
Гэта часта прымальна, таму што яно неферамагнітнае, але прыдатнасць залежыць ад канкрэтнай канструкцыі і асяроддзя МРТ.
Магніт з анадаванага алюмінія?
Ніякі. Анадаванне змяняе павярхоўны аксідны пласт, не фундаментальны магнітны характар металу.
