Ir alumīnija magnētisks?

1. Ievads

Īsā atbilde ir: alumīnijs nav magnētisks ikdienas izpratnē. Tas neuzvedas kā dzelzs, tērauds, niķelis, vai kobaltu, ko var stipri pievilkt magnēti.

Lai arī, pilnā zinātniskā atbilde ir niansētāka. Alumīnijam ir vāja magnētiskā reakcija, un noteiktos apstākļos tas var mijiedarboties ar magnētiskajiem laukiem tādā veidā, kas pārsteidz cilvēkus.

Šī atšķirība ir svarīga, jo vārds magnētisks ikdienas dzīvē tiek izmantots brīvi. Fizikā un materiālzinātnē, magnētisms nav atsevišķa parādība, bet gan uzvedības saime.

Alumīnijs pieder pie vienas no vājākajām kategorijām, nav tā izteikti magnētiskā klase, ko domā lielākā daļa cilvēku.

2. Ko īsti nozīmē “magnētiskais”.

Kad cilvēki jautā, vai materiāls ir magnētisks, tie parasti nozīmē vienu no trim lietām:

• Vai tas pielīp pie magnēta?
• Vai to var spēcīgi piesaistīt magnētiskais lauks?
• Vai tas pats var kļūt par pastāvīgo magnētu?

Alumīnijs dara ne darīt jebkuru no šīm lietām tā, kā to dara feromagnētiskie metāli.

No zinātniskā viedokļa, materiāli parasti tiek grupēti kā:

• Feromagnētisks: spēcīgi piesaista magnētus un var saglabāt magnetizāciju, piemēram, dzelzs un tērauds.
• Paramagnētisks: vāji piesaistīts magnētiskajiem laukiem.
• Diamagnētisks: vāji atgrūž magnētiskie lauki.

Alumīnijs ir paramagnētisks, kas nozīmē, ka to tikai vāji pievelk magnētiskais lauks. Šī ietekme ir tik maza, ka, parastā lietošanā, alumīnijs tiek uzskatīts par nemagnētisku.

3. Alumīnija magnētiskā izturēšanās

Alumīnijs ir nav feromagnētisks. Tam nav iekšējās domēna struktūras, kas pieļauj dzelzi, niķelis, vai kobaltu, lai tas kļūtu spēcīgi magnetizēts vai saglabātu magnetizāciju pēc ārējā lauka noņemšanas. Tādā ikdienas izpratnē, alumīnijs nav "magnētisks metāls".

No fizikas viedokļa, lai arī, alumīnijs ir paramagnētisks. Tas nozīmē, ka tam ir ļoti vājš, pozitīva reakcija uz pielietoto magnētisko lauku.

Efekts rodas no tā elektronu uzvedības: kad tas ir pakļauts magnētiskajam laukam, alumīnijs attīsta nelielu inducētu izlīdzinājumu, kas nedaudz pastiprina lauku. Šī atbilde ir reāla un izmērāma, bet tas ir ārkārtīgi mazs.

Alumīnijam ir arī svarīga elektromagnētiskā īpašība, kas bieži izraisa apjukumu.

Jo tas ir labs elektrības vadītājs, alumīnija pārvietošana caur mainīgu magnētisko lauku, vai magnētiskā lauka pārvietošana attiecībā pret alumīniju, var ģenerēt virpuļstrāvas metālā.

Šīs strāvas rada savu pretējo magnētisko lauku, kas var radīt ievērojamus spēkus, piemēram, bremzēšanu vai pretestību.

Tas nav tas pats, kas būt magnētiski pievilktam feromagnētiskā nozīmē; tas ir indukcijas efekts, ko izraisa vadītspēja.

Tik, zinātniski, alumīniju vislabāk raksturo kā vāji paramagnētisks, elektriski vadošs, un neferomagnētisks.

4. Kāpēc alumīniju bieži uzskata par "nemagnētisku"?

Alumīniju bieži sauc nemagnētisks jo, parastā praktiskā lietošanā, tas neizturas kā magnētisks materiāls.

Ledusskapja magnēts tam nepieķersies, tas nekļūst pastāvīgi magnetizēts, un tas neparāda spēcīgo pievilcību, kas saistīta ar tēraudu vai dzelzi.

Šis vienkāršotais apraksts ir noderīgs, jo alumīnija iekšējā magnētiskā reakcija ir tik vāja, ka ikdienas dzīvē tai parasti nav nozīmes..

Lielākajai daļai inženierzinātņu, patērētājs, un mājsaimniecības lietojumprogrammas, atšķirībai starp “vāji paramagnētisko” un “nemagnētisko” nav praktisku seku.

Šis termins tiek plaši izmantots arī tāpēc, ka sekas, ko cilvēki pamana ar alumīniju, parasti izraisa virpuļstrāvas, nevis ar magnētismu parastajā izpratnē.

Kad alumīnijs mijiedarbojas ar kustīgu magnētu vai mainīgu magnētisko lauku, radušies spēki rodas no elektromagnētiskās indukcijas, nevis no pastāvīgās magnētiskās pievilkšanās.

Tāpēc alumīnijs var šķist “pretojoties” kustībai magnētiskās demonstrācijās, vienlaikus nebūdams magnētisks pazīstamajā feromagnētiskajā veidā.

Īsāk sakot, alumīnijs tiek uzskatīts par nemagnētisku, jo tas ir nav stipri piesaistīti magnētiem, nevar noturēt magnetizāciju, un vairumā reālo situāciju uzvedas kā magnētiski neitrāls metāls.

Precīzāks zinātniskais apraksts ir tāds, ka tā ir vāji paramagnētisks.

5. Fizika aiz alumīnija un magnētisma

Alumīnija magnētiskā uzvedība izriet no tā elektronu konfigurācijas un atomu struktūras.

Paramagnētisms alumīnijā

Paramagnētiskajos materiālos ir nepāra elektroni, kas rada mazus magnētiskos momentus.

Kad tiek pielietots ārējs magnētiskais lauks, tie brīži nedaudz sakrīt ar lauku. Alumīnijā, šis izlīdzinājums ir ļoti vājš un pazūd, tiklīdz lauks ir noņemts.

Nav pastāvīgas magnetizācijas

Atšķirībā no feromagnētiskajiem materiāliem, alumīnijam nav spēcīgu iekšējo magnētisko domēnu, kas nofiksējas līdzinājumā. Tāpēc tas nevar kļūt par pastāvīgo magnētu.

Virpuļstrāvas kustīgos laukos

Šeit alumīnijs kļūst īpaši interesants. Pat ja tas nav stipri magnētisks, tas ir elektriski vadošs.

Kad alumīnijs pārvietojas pa magnētisko lauku, vai kad mainās magnētiskais lauks ap to, virpuļstrāvas tiek inducēti metālā.

Šīs strāvas rada savu pretējo magnētisko lauku. Rezultātā, alumīnija kanna:

• palēnina kustīgu magnētu darbību,
• radīt ievērojamu pretestību elektromagnētiskajās sistēmās,
• spēcīgi reaģē magnētiskās bremzēšanas iestatījumos.

Tas nav tas pats, kas būt feromagnētiskam. Tas ir elektromagnētiskās indukcijas efekts, nav pastāvīga magnētiska īpašība.

6. Leģēšana un apstrāde: Vai alumīnija sakausējumi kļūst magnētiski?

Vispār, alumīnija sakausējumi nekļūst magnētiski feromagnētiskā nozīmē vienkārši tāpēc, ka tie ir leģēti vai apstrādāti.

Iemesls ir fundamentāls: alumīnijs pats par sevi nav feromagnētisks metāls, un alumīnija metalurģijā izmantotie parastie sakausējuma piedevi parasti nerada tādu atomu sakārtojumu, kāds nepieciešams spēcīgam, pastāvīgais magnētisms.

Kāpēc sakausējums parasti nepadara alumīniju magnētisku

Alumīnija sakausējumus parasti stiprina ar tādiem elementiem kā:

• magnijs
• silīcijs
• vara
• cinks
• mangāns
• litijs

Šie papildinājumi ir izvēlēti, lai uzlabotu izturību, izturība pret koroziju, liešana, vai termiskās apstrādes reakcija. Tie ir ne paredzēts feromagnētisma radīšanai.

Alumīnija sakausējumos veidotās mikrostruktūras parasti atbalsta nokrišņu sacietēšanu, cieto šķīdumu stiprināšana, vai graudu rafinēšana, nevis magnētiskā domēna uzvedība.

Tas nozīmē, ka sakausējums var kļūt stiprāks, grūtāk, vai vairāk termiski apstrādājams, bet tas joprojām neiegūst iekšējo magnētiskā domēna struktūru, kas nepieciešama patiesam feromagnētismam.

Kad alumīnija sakausējums var šķist nedaudz magnētisks

Ir daži iemesli, kāpēc alumīnija sakausējums var mijiedarboties ar magnētu vairāk nekā tīrs alumīnijs:

Trace piesārņojums

Ražošanas vai apstrādes laikā, alumīnija daļa var uzņemt nelielu daudzumu dzelzs vai tērauda gruvešu.

Šis piesārņojums var padarīt daļu vāji magnētisku, lai gan pats alumīnijs nav.

Magnētiskās intermetāliskās daļiņas

Daži sakausējumi satur mazus intermetāliskus savienojumus, kuriem var būt vāja magnētiskā reakcija. Tas parasti ir maznozīmīgs un nepadara lielāko sakausējumu magnētisku praktiskā nozīmē.

Virpuļstrāvas efekti

Kustīgs magnēts alumīnija tuvumā var radīt spēcīgu redzamu efektu, jo vadošais sakausējums rada virpuļstrāvas.

To bieži sajauc ar magnētismu, bet patiesībā tā ir elektromagnētiskās indukcijas parādība.

Vai apstrāde maina magnētismu?

Apstrāde var mainīt izturība, cietība, un elektrovadītspēja no alumīnija sakausējuma, bet tas parasti nepārveido sakausējumu magnētiskā materiālā.

Piemēram:

• Termiskā apstrāde var mainīt nokrišņu struktūru un mehāniskās īpašības.
• Aukstā apstrāde var mainīt graudu struktūru un izturību.
• Casting vs. kaltā apstrāde var ietekmēt piemaisījumu sadalījumu un mikrostruktūras viendabīgumu.

Šīs izmaiņas var nedaudz ietekmēt to, kā materiāls reaģē uz magnētisko lauku, bet tie nerada patiesu feromagnētismu.

Praktisks secinājums

No inženierijas viedokļa, alumīnija sakausējumi joprojām tiek uzskatīti par nemagnētiski materiāli.

Leģēšana un apstrāde var radīt nelielas magnētiskās reakcijas izmaiņas, bet tie neliek alumīnijam uzvesties kā magnētiskam metālam parastajā izpratnē.

Tātad pareizs secinājums ir:

Alumīnija sakausējumi nekļūst magnētiski tikai tāpēc, ka tie ir leģēti vai apstrādāti; ne vairāk kā, tie var būt ļoti vāji, nejauši magnētiskie efekti.

7. Izplatīti maldīgi priekšstati un praktiski demonstrējumi

Nepareizs priekšstats 1: “Ja magnēts nepielīp, materiāls nemaz nav magnētisks.

Ne gluži. Alumīnijs nelīp pie magnēta, bet tam joprojām ir vāja magnētiskā reakcija un tas var mijiedarboties ar mainīgiem magnētiskajiem laukiem.

Nepareizs priekšstats 2: "Ja alumīnijs var ietekmēt magnētus, tam jābūt magnētiskam."

Atkal, ne gluži. Ietekme parasti rodas vadītspējas un inducētās strāvas dēļ, nav iekšējais feromagnētisms.

Nepareizs priekšstats 3: "Visi metāli ir magnētiski."

Nepatiesi. Daudzi metāli nav spēcīgi magnētiski. Daži ir paramagnētiski, daži diamagnētiski, un tikai mazāka grupa ir feromagnētiska.

Vienkāršs eksperiments

Ja caur alumīnija cauruli izmet spēcīgu magnētu, tas krīt daudz lēnāk nekā pa gaisu.

Tas ir tāpēc, ka kustīgais magnēts inducē alumīnijā virpuļstrāvas, un šīs straumes iebilst pret kustību.

Šī ir klasiska elektromagnētiskās indukcijas demonstrācija, nav parasts magnētisms.

8. Alumīnijs reālās pasaules lietojumos

Alumīnija vājā magnētiskā darbība ir svarīga daudzos praktiskos apstākļos.

Aviācija un transports

Alumīnijs tiek plaši izmantots lidmašīnās, automašīnām, vilcieni, un velosipēdiem, jo ​​tas ir viegls un neizraisa tādas pašas magnētisko traucējumu problēmas kā feromagnētiskie metāli.

Elektronika un precīzie instrumenti

Tā kā alumīnijs nav stipri magnētisks, tas ir noderīgi korpusos, apvalki, siltuma izlietnes, un strukturālie balsti jutīgām ierīcēm.

MRI un medicīniskā vide

MRI sistēmu tuvumā bieži dod priekšroku neferomagnētiskiem materiāliem. Alumīnijs bieži ir piemērots, jo tas neizturas kā tērauds vai dzelzs.

Šādās vidēs, lai arī, joprojām ir jāņem vērā vadītspēja, virpuļstrāvas, un īpašas drošības prasības.

Magnētiskās bremžu un indukcijas sistēmas

Alumīniju izmanto sistēmās, kas izmanto virpuļstrāvas, piemēram, noteiktas bremzes un elektromagnētiskās amortizācijas ierīces.

Tā vadītspēja padara to noderīgu šajos lietojumos, lai gan tas nav magnētisks metāls parastajā nozīmē.

9. Kā alumīnijs atšķiras no feromagnētiskajiem metāliem

Alumīnijs no feromagnētiskajiem metāliem atšķiras ne tikai ar magnētisma pakāpi, bet iekšā pamatmehānisms ar kuru tas reaģē uz magnētiskajiem laukiem.

Šī atšķirība ir kritiska. Alumīnijs ir paramagnētisks, tas nozīmē, ka tas parāda tikai ļoti vāju pievilcību ārējam magnētiskajam laukam.

Feromagnētiskie metāli, piemēram, dzelzs, kobalts, niķelis, un daudziem tēraudiem ir daudz spēcīgāka magnētiskā reakcija, jo to atomu magnētiskie momenti var sadarboties stabilos magnētiskos domēnos.

Galvenās atšķirības

10. Secinājums

Alumīnijs ir nav magnētisks, kā lielākā daļa cilvēku to domā. Tas nav spēcīgi piesaistīts magnētiem, nevar kļūt par pastāvīgo magnētu, un ikdienā to parasti uzskata par nemagnētisku.

Zinātniski, lai arī, alumīnijs ir paramagnētisks, tas nozīmē, ka tam ir ļoti vāja magnētiskā reakcija. Tas var arī mijiedarboties ar magnētiskajiem laukiem, izmantojot virpuļstrāvas, jo tas ir elektriski vadošs.

Tātad visprecīzākā atbilde ir šāda:

Alumīnijs nav feromagnētisks, bet tas ir vāji paramagnētisks un var piedalīties elektromagnētiskajos efektos.

Tāpēc praksē materiāls tiek uzskatīts par nemagnētisku, tomēr joprojām ir svarīga loma magnētiskajos un elektromagnētiskajos lietojumos.

 

FAQ

Vai magnēts pielīp pie alumīnija?

Ne. Parasts magnēts nepielīp pie alumīnija, tāpat kā pie dzelzs vai tērauda.

Vai alumīnijs ir pilnīgi nemagnētisks?

Ne pilnībā. Tam ir ļoti vāja paramagnētiskā reakcija un tas var mijiedarboties ar mainīgiem magnētiskajiem laukiem.

Kāpēc magnēts lēni krīt caur alumīniju??

Tā kā kustīgais magnēts inducē alumīnijā virpuļstrāvas, kas rada pretēju magnētisko spēku.

Vai alumīnijs ir drošs MRI telpām?

Tas bieži ir pieņemams, jo tas nav feromagnētisks, bet piemērotība ir atkarīga no konkrētā dizaina un MRI vides.

Ir magnētisks anodēts alumīnijs?

Ne. Anodēšana maina virsmas oksīda slāni, nevis metāla pamata magnētiskās īpašības.