1. Wstęp
Miedź jest jednym z najbardziej znanych metali konstrukcyjnych: wysoce przewodzący, plastyczny, odporny na korozję, i szeroko stosowany w instalacjach elektrycznych, wymienniki ciepła, rury, i stopy.
Ale jedno pytanie pojawia się zaskakująco często: jest miedzią magnetyczną?
Szczera odpowiedź jest bardziej subtelna niż proste tak lub nie, ponieważ „magnetyczny” może oznaczać różne rzeczy w języku potocznym i w fizyce.
Czysta miedź jest diamagnetyczny, co oznacza, że bardzo słabo odpycha pole magnetyczne, zamiast być przez nie przyciągane, i efekt ten jest niezwykle mały w normalnych warunkach.
2. Krótka odpowiedź
Czysta miedź nie jest magnetyczna w taki sam sposób, jak żelazo. Nie zachowuje się jak ferromagnetyk, więc zwykły magnes się do niego nie przyklei.
Zamiast, miedź jest diamagnetyczna, co oznacza, że jego reakcja na pole magnetyczne jest słaba i odpychająca.
To powiedziało, miedź może nadal silnie oddziaływać z poruszającymi się magnesami prądy wirowe, co jest zjawiskiem odmiennym od magnetyzmu wewnętrznego.
3. Dlaczego czysta miedź nie jest magnetyczna w zwykłym tego słowa znaczeniu
Miedź nie zachowuje się jak metal ferromagnetyczny
Czysta miedź nie zachowuje się jak żelazo, nikiel, lub kobalt, dzięki czemu magnes nie będzie się do niej „przyklejał” w codziennym użytkowaniu.
W praktyce inżynierskiej, miedź jest traktowana jako a niemagnetyczny metal.
Dokładniej, to jest diamagnetyczny, co oznacza, że po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego, miedź reaguje bardzo słabo i w kierunku przeciwnym do pola.
Efekt istnieje, ale jest tak mały, że zwykle jest niewidoczny przy zwykłym użytkowaniu.
Dlaczego reakcja jest tak słaba
Powodem jest struktura elektronowa miedzi. W metalu ferromagnetycznym, momenty atomowe mogą współdziałać i wytwarzać silne, trwała odpowiedź magnetyczna.
Miedź nie obsługuje tego rodzaju ustawienia w normalnych warunkach.
Zamiast, jego elektrony wytwarzają jedynie bardzo niewielką odpowiedź indukowaną, więc ostatecznym rezultatem jest raczej słaby opór pola niż przyciąganie.
Dlatego płyta miedziana, pręt, lub drut nie zachowuje się jak materiał magnetyczny w znanym sensie.
Znaczenie inżynierskie
To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ „niemagnetyczny” może w praktyce oznaczać dwie różne rzeczy.
Materiał może być naprawdę ferromagnetyczny, słabo paramagnetyczny, lub słabo diamagnetyczny. Miedź należy do tej ostatniej kategorii.
Zatem poprawne stwierdzenie nie jest takie, że miedź w ogóle nie wykazuje reakcji magnetycznej, ale taka jest jego wewnętrzna reakcja o wiele za mały, aby wywołać zjawisko przyklejania się do magnesu, które ludzie zwykle kojarzą z magnetyzmem.
4. Dlaczego miedź nadal może oddziaływać z magnesami
Efekt wynika ze zmieniających się pól magnetycznych
Miedź może wydawać się „walczyć” z magnesem, mimo że nie jest ferromagnetyczna.
Powodem jest prądy wirowe, nie zwykły magnetyzm. Kiedy pole magnetyczne zmienia się w stosunku do miedzi, Wysoka przewodność elektryczna metalu pozwala na tworzenie się w nim prądów krążących.
Prądy te generują własne pole magnetyczne, który sprzeciwia się zmianie, która je stworzyła. Rezultatem może być silny efekt hamowania lub tłumienia.
Dlaczego magnes zwalnia w miedzi
Dlatego magnes spadający przez miedzianą rurkę gwałtownie zwalnia, lub dlaczego poruszający się magnes w pobliżu miedzi może wyczuwać opór.
Miedź nie jest przyciągana w taki sposób jak żelazo; Zamiast, zmieniające się pole indukuje prądy, które przeciwstawiają się ruchowi.
W kategoriach inżynierskich, miedź oddziałuje z magnesem elektromagnetycznie, nie ferromagnetycznie.
Efekt ten staje się szczególnie zauważalny w trzech sytuacjach. Pierwszy, gdy magnes porusza się względem miedzi. Drugi, gdy pole magnetyczne jest zmienne w czasie.
Trzeci, gdy część miedziana jest wystarczająco gruba i wystarczająco przewodząca, aby wytrzymać silne prądy krążące.
Ponieważ miedź jest doskonałym przewodnikiem, jest szczególnie skuteczny w generowaniu tych przeciwstawnych prądów.
Dlatego miedź jest przydatna w hamowaniu magnetycznym, systemy indukcyjne, i ekranowania elektromagnetycznego.
Dlaczego niektóre „miedziane” przedmioty wydają się magnetyczne
Istnieje również drugi powód, dla którego przedmioty miedziane mogą wydawać się magnetyczne: mogą nie być czystą miedzią.
Nawet niewielkie ilości zanieczyszczeń żelazem, warstwy platerowane, lub dodatki stopowe mogą zmienić pozorną reakcję.
W prawdziwej produkcji, część „miedziana” może w rzeczywistości być mosiężna, brązowy, platerowana miedź, lub zanieczyszczony element zawierający wystarczającą ilość materiału ferromagnetycznego, aby lekko przyciągnąć magnes.
W takich przypadkach, magnetyzm pochodzi z zanieczyszczeń lub stopu, nie z samej miedzi.
Zatem pełna odpowiedź jest zniuansowana: czysta miedź nie jest magnetyczna w zwykłym tego słowa znaczeniu, ale może silnie oddziaływać z magnesami poprzez prądy indukowane, gdy zmienia się pole.
Właśnie dlatego miedź jest niemagnetyczna w codziennym użytkowaniu, a jednocześnie bardzo istotne w inżynierii elektromagnetycznej.
5. Dlaczego niektóre miedziane przedmioty wydają się magnetyczne
Źródło zamieszania: metalem nie zawsze jest czysta miedź
Czysta miedź sama w sobie nie zachowuje się jak metal magnetyczny w zwykłym tego słowa znaczeniu. Jednakże, wiele rzeczywistych produktów „miedzianych” to produkty nie czysta miedź.
Mogą to być stopy miedzi, miedź z recyklingu, części platerowane, lub sprzęt przemysłowy zawierający śladowe zanieczyszczenia ferromagnetyczne.
Dlatego też niektóre przedmioty w kolorze miedzi wydają się reagować na magnes, mimo że miedź sama w sobie nie wykazuje ferromagnetyzmu.
W rzeczywistości, pozorny magnetyzm pochodzi zwykle z jednego z trzech źródeł:
- elementy stopowe które zmieniają odpowiedź magnetyczną,
- zanieczyszczenie żelazem wprowadzone podczas przetwarzania lub recyklingu,
- Lub pozostałości powierzchniowe / osadzone cząstki które przyciągają magnes.
Zachowanie magnetyczne popularnych materiałów na bazie miedzi
| Rodzaj materiału | Główny skład | Pozorne zachowanie magnetyczne | Dlaczego tak się dzieje |
| Czysta miedź | Cu o bardzo wysokiej czystości | Zasadniczo niemagnetyczny; tylko wyjątkowo słaba odpowiedź diamagnetyczna | Sama miedź nie obsługuje porządkowania ferromagnetycznego |
| Mosiądz | Cu-Zn | Zwykle niemagnetyczne | Cynk nie wprowadza ferromagnetyzmu, dzięki czemu stop pozostaje skutecznie niemagnetyczny |
| Brązowy | Z Sn | Zwykle niemagnetyczne lub bardzo słabo diamagnetyczne | Cyna zwykle nie powoduje reakcji ferromagnetycznej |
Stopy miedzi z dodatkami Fe/Ni |
Cu plus żelazo i/lub nikiel | Może wykazywać słabe przyciąganie magnetyczne | Żelazo i nikiel mogą powodować reakcję magnetyczną w zależności od składu i mikrostruktury |
| Sprzęt z miedzi pochodzącej z recyklingu lub niedrogi | Miedź z mieszanymi zanieczyszczeniami | Może wykazywać lekkie przyciąganie lub lokalną reakcję magnetyczną | Śledź cząsteczki żelaza, pozostałości tlenków, lub osadzone zanieczyszczenia ferromagnetyczne |
| Stal miedziowana | Podłoże stalowe z powłoką miedzianą | Ogólnie silnie magnetyczny | Rdzeń stalowy, a nie warstwa miedzi, przyciąga magnes |
Dlaczego mosiądz i brąz zwykle nie są magnetyczne
Mosiądz i brąz to rodziny oparte na miedzi, ale ich typowe pierwiastki stopowe zwykle nie powodują reakcji magnetycznej.
Cynk w mosiądzu i cyna w brązie nie zachowują się jak żelazo. W rezultacie, stopy te są ogólnie uważane za niemagnetyczne w normalnym użytkowaniu.
To powiedziało, dokładna odpowiedź nadal zależy od oceny. Jeśli stop zawiera żelazo, nikiel, lub inne dodatki magnetyczne, lub jeśli został zanieczyszczony podczas topienia lub obróbki, pozorne zachowanie magnetyczne może się zmienić.
Zatem właściwym podejściem nie jest zakładanie, że każdy stop w kolorze miedzi jest niemagnetyczny, ale sprawdź dokładnie skład.
Dlaczego produkty z miedzi pochodzącej z recyklingu mogą wydawać się magnetyczne
Miedź przemysłowa poddana recyklingowi często zawiera śladowe pozostałości po obróbce, rozdzielenie, lub poprzednich warunków świadczenia usług.
Drobne cząsteczki żelaza, stalowy pył, i inne zanieczyszczenia ferromagnetyczne mogą pozostać przyczepione do powierzchni lub osadzone w materiale.
Magnes z łatwością wychwyci te cząstki, co sprawia wrażenie, że sama miedź jest magnetyczna.
Jest to częste źródło nieporozumień w warsztatach i przy transporcie złomu. Magnes nie reaguje na miedzianą matrycę; odpowiada na zanieczyszczenie.
6. Powszechne błędne przekonania na temat magnetyzmu miedzi
W połączeniu z weryfikacją eksperymentalną i danymi z wykrywania przemysłowego, W tym artykule podsumowano trzy najbardziej rozpowszechnione błędne przekonania naukowe i skorygowano je jeden po drugim:
Nieporozumienie 1: Miedź jest całkowicie niemagnetyczna
Korekta: Żadna substancja w przyrodzie nie jest całkowicie niemagnetyczna.
Czysta miedź jest typowym materiałem diamagnetycznym o ujemnej podatności magnetycznej, posiadające wrodzone słabe odpychanie magnetyczne.
Tak zwany „niemagnetyczny” jest jedynie makroskopowym, intuicyjnym opisem w konwencjonalnych warunkach.
Nieporozumienie 2: Powolne opadanie magnesu miedzi jest spowodowane przyciąganiem magnesu
Korekta: Zjawisko to ma swoje źródło w tłumieniu prądów wirowych.
Indukowane odwrotne pole magnetyczne utrudnia ruch względny, należące do indukcji elektromagnetycznej zamiast przyciągania magnetycznego.
Pomiędzy magnesem a miedzią nie występuje żadna siła adsorpcji.
Nieporozumienie 3: Wszystkie produkty miedziane są niemagnetyczne
Korekta: Tylko miedź o wysokiej czystości i standardowy mosiądz/brąz są nieferromagnetykami. Stopy miedzi zmieszane z żelazem, nikiel i zanieczyszczenia ferromagnetyczne mają wykrywalny magnetyzm.
7. Wartość zastosowania przemysłowego w oparciu o właściwości magnetyczne miedzi
Unikalny diamagnetyzm i indukcja elektromagnetyczna miedzi stanowią podstawę jej szerokiego zastosowania w zaawansowanych dziedzinach przemysłu, a jego właściwości nieferromagnetyczne są niezastąpioną zaletą w określonych scenariuszach:
Przenoszenie mocy i inżynieria elektroniczna:
Przewody z czystej miedzi nie będą namagnesowane podczas przesyłania prądu, unikanie strat magnetycznych i zakłóceń magnetycznych.
Jest to główny materiał przewodzący dla precyzyjnych obwodów i sieci energetycznych.
Sprzęt do ekranowania magnetycznego:
Płyty miedziane wytwarzają pola magnetyczne indukowane odwrotnie, aby osłabić zewnętrzne promieniowanie magnetyczne, szeroko stosowane w sprzęcie komunikacyjnym, precyzyjne instrumenty medyczne, i kabiny ekranujące elektromagnetycznie.
Magnetyczne urządzenia tłumiące:
Wykorzystanie efektu prądów wirowych, miedź jest wykorzystywana na elementy tłumiące drgania dla kolei dużych prędkości, precyzyjne obrabiarki, i sprzęt lotniczy do realizacji bezdotykowej redukcji drgań pozbawionej tarcia.
Komponenty przemysłowe o niskiej zawartości magnetycznej:
Miedź o wysokiej czystości stosowana jest w morskim sprzęcie do nawigacji magnetycznej i instrumentach energetyki jądrowej w celu wyeliminowania zakłóceń ferromagnetycznych i zapewnienia dokładności wykrywania.
8. Wniosek
Więc, jest miedzią magnetyczną? Nie w zwykłym tego słowa znaczeniu. Czysta miedź jest diamagnetyczna, co oznacza, że bardzo słabo odpycha pole magnetyczne, zamiast je przyciągać, i zwykły magnes się do niego nie przyklei.
Jednak miedź jest nadal interesująca pod względem magnetycznym, ponieważ jej wysoka przewodność elektryczna pozwala poruszającym się polom magnetycznym indukować prądy wirowe, a prądy te mogą powodować silne efekty hamowania lub ekranowania.
Dlatego miedź najlepiej opisuje się jako niemagnetyczny w codziennym użytkowaniu, diamagnetyzm w fizyce, i bardzo szybko reagują na zmieniające się pola magnetyczne w zastosowaniach inżynieryjnych.
Często zadawane pytania
Czy magnes przykleja się do miedzi?
NIE. Czysta miedź nie przyciąga magnesu tak jak żelazo; jest diamagnetyczny i bardzo słabo odpycha pola magnetyczne.
Czy miedź może wpływać na poruszający się magnes??
Tak. Poruszający się magnes może indukować prądy wirowe w miedzi, i te prądy tworzą siłę oporu.
Czy stop miedzi jest magnetyczny?
Większość stopów miedzi w normalnych warunkach użytkowania jest nadal skutecznie niemagnetyczna, ale dokładna reakcja zależy od składu i zanieczyszczenia.
Czy magnes trwały może przyciągnąć czystą miedź?
NIE. Czysta miedź jest diamagnetyczna i ma wyjątkowo słabą siłę odpychającą magnesy. W żadnych konwencjonalnych warunkach otoczenia nie występuje żadne widoczne przyciąganie.
Jaka jest różnica między diamagnetyzmem a niemagnetyzmem?
Niemagnetyzm to makroskopowa, intuicyjna koncepcja; diamagnetyzm to dokładna klasyfikacja fizyczna.
Cała czysta miedź ma słaby diamagnetyzm i nie zawiera w przyrodzie absolutnie żadnych substancji niemagnetycznych.
