Czy aluminium jest magnetyczne?

1. Wstęp

Krótka odpowiedź brzmi: aluminium nie jest magnetyczny w codziennym tego słowa znaczeniu. Nie zachowuje się jak żelazo, stal, nikiel, lub kobalt, które mogą być silnie przyciągane przez magnesy.

Jednakże, pełna odpowiedź naukowa jest bardziej zniuansowana. Aluminium ma słabą odpowiedź magnetyczną, i pod pewnymi warunkami może oddziaływać z polami magnetycznymi w sposób, który zaskakuje ludzi.

To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ słowo magnetyczny jest używany luźno w życiu codziennym. W fizyce i materiałoznawstwie, magnetyzm nie jest pojedynczym zjawiskiem, ale rodziną zachowań.

Aluminium należy do jednej ze słabszych kategorii, nie jest to klasa silnie magnetyczna, o której myśli większość ludzi.

2. Co naprawdę oznacza „magnetyczny”.

Kiedy ludzie pytają, czy materiał jest magnetyczny, zwykle oznaczają jedną z trzech rzeczy:

• Czy przykleja się do magnesu?
• Czy może być silnie przyciągany przez pole magnetyczne??
• Czy sam może stać się magnesem trwałym?

Aluminium tak nie zrobić dowolną z tych rzeczy w sposób, w jaki robią to metale ferromagnetyczne.

Z naukowego punktu widzenia, Materiały są powszechnie grupowane jako:

• Ferromagnetyczny: silnie przyciągane przez magnesy i mogą zatrzymywać namagnesowanie, takich jak żelazo i stal.
• Paramagnetyczny: słabo przyciągane przez pola magnetyczne.
• Diamagnetyczny: słabo odpychane przez pola magnetyczne.

Aluminium jest paramagnetyczny, co oznacza, że ​​jest słabo przyciągany przez pole magnetyczne. Ten efekt jest tak mały, że, w zwykłym użytkowaniu, aluminium traktowane jest jako niemagnetyczne.

3. Wewnętrzne zachowanie magnetyczne aluminium

Aluminium jest nie ferromagnetyczny. Nie ma wewnętrznej struktury domeny, która pozwala na żelazo, nikiel, lub kobaltu, aby uległy silnemu namagnesowaniu lub zachowały namagnesowanie po usunięciu pola zewnętrznego. W tym codziennym znaczeniu, aluminium nie jest „metalem magnetycznym”.

Z punktu widzenia fizyki, Jednakże, aluminium jest paramagnetyczny. Oznacza to, że jest bardzo słaby, pozytywną reakcję na przyłożone pole magnetyczne.

Efekt wynika z zachowania jego elektronów: po wystawieniu na działanie pola magnetycznego, aluminium tworzy niewielkie indukowane ustawienie, które nieznacznie wzmacnia pole. Ta reakcja jest realna i wymierna, ale jest wyjątkowo mały.

Aluminium ma również ważną właściwość elektromagnetyczną, która często powoduje zamieszanie.

Ponieważ jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego, przemieszczanie aluminium w zmieniającym się polu magnetycznym, lub przesuwanie pola magnetycznego względem aluminium, może wygenerować prądy wirowe w metalu.

Prądy te wytwarzają własne przeciwne pole magnetyczne, które mogą wytwarzać zauważalne siły, takie jak hamowanie lub opór.

To nie to samo, co przyciąganie magnetyczne w sensie ferromagnetycznym; jest to efekt indukcji wywołany przewodnictwem.

Więc, naukowo, aluminium najlepiej opisać jako słabo paramagnetyczny, przewodzący elektrycznie, i nieferromagnetyczne.

4. Dlaczego aluminium jest często uważane za „niemagnetyczne”?

Często nazywane jest aluminium niemagnetyczne ponieważ, w zwykłym, praktycznym zastosowaniu, nie zachowuje się jak materiał magnetyczny.

Magnes na lodówkę się do niego nie przyklei, nie ulega trwałemu namagnesowaniu, i nie wykazuje silnego przyciągania związanego ze stalą lub żelazem.

Ten uproszczony opis jest przydatny, ponieważ wewnętrzna odpowiedź magnetyczna aluminium jest tak słaba, że ​​zwykle nie ma ona znaczenia w życiu codziennym.

Dla większości inżynierów, konsument, i zastosowań domowych, różnica między „słabo paramagnetycznym” a „niemagnetycznym” nie ma praktycznych konsekwencji.

Termin ten jest również szeroko stosowany, ponieważ zwykle powodują skutki zauważane przez ludzi w przypadku aluminium prądy wirowe, nie przez magnetyzm w konwencjonalnym sensie.

Kiedy aluminium oddziałuje z poruszającym się magnesem lub zmiennym polem magnetycznym, powstałe siły pochodzą raczej z indukcji elektromagnetycznej niż z trwałego przyciągania magnetycznego.

Właśnie dlatego aluminium może wydawać się „stawiać opór” ruchowi podczas demonstracji magnetycznych, a jednocześnie nie jest magnetyczne w znany sposób ferromagnetyczny.

Krótko mówiąc, aluminium jest uważane za niemagnetyczne, ponieważ tak jest nie przyciągają silnie magnesy, nie może utrzymać namagnesowania, I zachowuje się jak metal magnetycznie obojętny w większości sytuacji rzeczywistych.

Bardziej precyzyjny opis naukowy jest taki, że tak słabo paramagnetyczny.

5. Fizyka aluminium i magnetyzmu

Zachowanie magnetyczne aluminium wynika z jego konfiguracji elektronowej i struktury atomowej.

Paramagnetyzm w aluminium

Materiały paramagnetyczne mają niesparowane elektrony, które wytwarzają maleńkie momenty magnetyczne.

Po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego, te momenty zbiegają się lekko z polem. W aluminium, to wyrównanie jest bardzo słabe i znika po usunięciu pola.

Brak trwałego namagnesowania

W przeciwieństwie do materiałów ferromagnetycznych, aluminium nie ma silnych wewnętrznych domen magnetycznych, które blokują się w wyrównaniu. Dlatego nie może stać się magnesem trwałym.

Prądy wirowe w ruchomych polach

Tutaj aluminium staje się szczególnie interesujące. Mimo że nie jest silnie magnetyczny, jest przewodzący elektrycznie.

Kiedy aluminium porusza się w polu magnetycznym, lub gdy zmienia się otaczające go pole magnetyczne, prądy wirowe są indukowane w metalu.

Prądy te wytwarzają własne przeciwne pole magnetyczne. W rezultacie, puszka aluminiowa:

• spowalniają poruszające się magnesy,
• wytwarzać zauważalny opór w układach elektromagnetycznych,
• reagują silnie w konfiguracjach hamowania magnetycznego.

To nie to samo, co ferromagnetyczność. Jest to efekt indukcji elektromagnetycznej, nie jest trwałą właściwością magnetyczną.

6. Stopowanie i przetwarzanie: Czy stopy aluminium stają się magnetyczne??

Zazwyczaj, stopy aluminium nie stają się magnetyczne w sensie ferromagnetycznym po prostu dlatego, że są stopowe lub przetworzone.

Powód jest zasadniczy: samo aluminium nie jest metalem ferromagnetycznym, a powszechnie stosowane dodatki stopowe stosowane w metalurgii aluminium zazwyczaj nie tworzą rodzaju uporządkowania atomowego potrzebnego do uzyskania wytrzymałości, magnetyzm trwały.

Dlaczego tworzenie stopów zwykle nie powoduje, że aluminium jest magnetyczne?

Stopy aluminium są powszechnie wzmacniane takimi pierwiastkami jak:

• magnez
• krzem
• miedź
• cynk
• mangan
• lit

Dodatki te dobiera się w celu poprawy wytrzymałości, odporność na korozję, Wydajność, lub reakcja na obróbkę cieplną. Są nie przeznaczony do tworzenia ferromagnetyzmu.

Mikrostruktury utworzone w stopach aluminium generalnie wspomagają utwardzanie wydzieleniowe, Wzmocnienie stałej rozdzielczości, lub rozdrobnienie ziarna, a nie zachowanie w domenie magnetycznej.

Oznacza to, że stop może stać się mocniejszy, trudniej, lub bardziej nadający się do obróbki cieplnej, ale nadal nie uzyskuje wewnętrznej struktury domeny magnetycznej wymaganej dla prawdziwego ferromagnetyzmu.

Kiedy stop aluminium może wydawać się lekko magnetyczny

Istnieje kilka powodów, dla których stop aluminium może oddziaływać z magnesem bardziej niż czyste aluminium:

Zanieczyszczenie śladowe

Podczas produkcji lub obróbki, część aluminiowa może zbierać niewielkie ilości kawałków żelaza lub stali.

Zanieczyszczenie to może sprawić, że część będzie sprawiać wrażenie słabo magnetycznej, chociaż samo aluminium nim nie jest.

Magnetyczne cząstki międzymetaliczne

Niektóre stopy zawierają małe związki międzymetaliczne, które mogą mieć słabą odpowiedź magnetyczną. Jest to zwykle niewielkie i nie powoduje, że stop masowy jest magnetyczny w sensie praktycznym.

Efekty wiroprądowe

Poruszający się magnes w pobliżu aluminium może dawać silny widoczny efekt, ponieważ przewodzący stop generuje prądy wirowe.

Często jest to mylone z magnetyzmem, ale w rzeczywistości jest to zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Czy przetwarzanie zmienia magnetyzm?

Przetwarzanie może zmienić wytrzymałość, twardość, i przewodność elektryczną ze stopu aluminium, ale zwykle nie przekształca stopu w materiał magnetyczny.

Na przykład:

• Obróbka cieplna może zmieniać strukturę osadu i właściwości mechaniczne.
• Praca na zimno może zmienić strukturę i wytrzymałość ziarna.
• Casting vs. obróbka kuta może wpływać na rozkład zanieczyszczeń i jednolitość mikrostruktury.

Zmiany te mogą nieznacznie wpływać na reakcję materiału na pole magnetyczne, ale nie tworzą prawdziwego ferromagnetyzmu.

Wniosek praktyczny

Z punktu widzenia inżynierii, stopy aluminium są nadal uważane za materiały niemagnetyczne.

Dodawanie stopów i przetwarzanie mogą powodować niewielkie różnice w odpowiedzi magnetycznej, ale nie powodują one, że aluminium zachowuje się jak metal magnetyczny w zwykłym tego słowa znaczeniu.

Zatem prawidłowy wniosek jest taki:

Stopy aluminium nie stają się magnetyczne tylko dlatego, że są stopowe lub przetworzone; najwyżej, mogą wykazywać bardzo słabe działanie, przypadkowe efekty magnetyczne.

7. Powszechne nieporozumienia i praktyczne demonstracje

Nieporozumienie 1: „Jeśli magnes nie przyklei się, materiał w ogóle nie jest magnetyczny.”

Nie całkiem. Aluminium nie przykleja się do magnesu, ale nadal ma słabą odpowiedź magnetyczną i może oddziaływać ze zmieniającymi się polami magnetycznymi.

Nieporozumienie 2: „Jeśli aluminium może wpływać na magnesy, to musi być magnetyczne.”

Ponownie, nie dokładnie. Efekt ten jest zwykle spowodowany przewodnością i prądami indukowanymi, a nie wewnętrzny ferromagnetyzm.

Nieporozumienie 3: „Wszystkie metale są magnetyczne.”

FAŁSZ. Wiele metali nie jest silnie magnetycznych. Niektóre są paramagnetyczne, jakiś diamagnetyk, i tylko mniejsza grupa jest ferromagnetyczna.

Prosty eksperyment

Jeśli upuścisz silny magnes przez aluminiową rurkę, opada znacznie wolniej niż w powietrzu.

Dzieje się tak, ponieważ poruszający się magnes indukuje prądy wirowe w aluminium, a prądy te przeciwstawiają się temu ruchowi.

Jest to klasyczna demonstracja indukcji elektromagnetycznej, nie zwykły magnetyzm.

8. Aluminium w rzeczywistych zastosowaniach

Słabe właściwości magnetyczne aluminium są ważne w wielu praktycznych zastosowaniach.

Lotnictwo i transport

Aluminium jest szeroko stosowane w samolotach, samochody, pociągi, i rowery, ponieważ jest lekki i nie powoduje takich samych problemów z zakłóceniami magnetycznymi jak metale ferromagnetyczne.

Elektronika i instrumenty precyzyjne

Ponieważ aluminium nie jest silnie magnetyczne, przydaje się w obudowach, obudowy, radiatory, oraz wsporniki konstrukcyjne dla wrażliwych urządzeń.

MRI i środowiska medyczne

W pobliżu systemów MRI często preferowane są materiały nieferromagnetyczne. Często odpowiednie jest aluminium, ponieważ nie zachowuje się jak stal lub żelazo.

W takich środowiskach, Jednakże, nadal należy wziąć pod uwagę przewodność, prądy wirowe, oraz szczególne wymogi bezpieczeństwa.

Magnetyczne układy hamulcowe i indukcyjne

Aluminium jest stosowane w systemach wykorzystujących prądy wirowe, jak niektóre hamulce i elektromagnetyczne urządzenia tłumiące.

Jego przewodność sprawia, że ​​jest przydatny w tych zastosowaniach, mimo że nie jest metalem magnetycznym w zwykłym tego słowa znaczeniu.

9. Czym aluminium różni się od metali ferromagnetycznych

Aluminium różni się od metali ferromagnetycznych nie tylko stopniem magnetyzmu, ale w podstawowy mechanizm dzięki czemu reaguje na pola magnetyczne.

To rozróżnienie jest krytyczne. Aluminium jest paramagnetyczny, co oznacza, że ​​wykazuje jedynie bardzo słabe przyciąganie do zewnętrznego pola magnetycznego.

Metale ferromagnetyczne, takie jak żelazo, kobalt, nikiel, a wiele stali wykazuje znacznie silniejszą odpowiedź magnetyczną, ponieważ ich atomowe momenty magnetyczne mogą współdziałać w stabilne domeny magnetyczne.

Podstawowe różnice

10. Wniosek

Aluminium jest nie jest magnetyczny w sposób, w jaki większość ludzi to ma na myśli. Nie jest silnie przyciągany przez magnesy, nie może stać się magnesem trwałym, i w codziennym użytkowaniu jest ogólnie traktowany jako niemagnetyczny.

Naukowo, Jednakże, aluminium jest paramagnetyczny, co oznacza, że ​​ma bardzo słabą odpowiedź magnetyczną. Może również oddziaływać z polami magnetycznymi poprzez prądy wirowe, ponieważ przewodzi prąd elektryczny.

Zatem najbardziej precyzyjna odpowiedź jest następująca:

Aluminium nie jest ferromagnetykiem, ale jest słabo paramagnetyczny i może uczestniczyć w efektach elektromagnetycznych.

Dlatego w praktyce materiał ten uważany jest za niemagnetyczny, mimo to nadal odgrywa ważną rolę w zastosowaniach magnetycznych i elektromagnetycznych.

 

Często zadawane pytania

Czy magnes przykleja się do aluminium??

NIE. Zwykły magnes nie przyklei się do aluminium tak, jak do żelaza czy stali.

Czy aluminium jest całkowicie niemagnetyczne?

Nie całkiem. Ma bardzo słabą reakcję paramagnetyczną i może oddziaływać ze zmieniającymi się polami magnetycznymi.

Dlaczego magnes powoli opada przez aluminium?

Ponieważ poruszający się magnes indukuje prądy wirowe w aluminium, które wytwarzają przeciwną siłę magnetyczną.

Czy aluminium jest bezpieczne w pomieszczeniach do rezonansu magnetycznego??

Często jest to akceptowalne, ponieważ nie jest ferromagnetyczne, ale przydatność zależy od konkretnego projektu i środowiska MRI.

Czy anodowane aluminium jest magnetyczne?

NIE. Anodowanie powoduje zmianę powierzchniowej warstwy tlenku, a nie podstawowy charakter magnetyczny metalu.