磁鐵是如何制造的?幾十年的疑惑終于被解開了

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磁鐵,在我們小時候就記憶很深,它是個神奇的東西。下課了在教室里玩的磁鐵大戰,兩個磁力戰士各拿一塊磁鐵,中線兩側同時放好,等裁判一聲令下雙方同時放手,越界的磁鐵算輸會被拿走,玩的是不亦樂乎。還能在動畫片《貓和老鼠》上看到湯姆貓被杰瑞鼠利用磁鐵整得好慘。



長大后我們的生活也離不開它,坐的磁懸浮列車,醫院的核磁共振,用的音響喇叭,軍事上各國爭先研發的電磁炮……磁鐵有這么多神奇的功能,今天跟大家一起了解一下。



平常我們所了解的磁鐵就是一個具有相互排斥與相互吸引的物體。磁鐵是由鐵,鎳,鈷組成,其本身就有磁距,內部結構按照相同方向排列,一端北極(N極)一端南極(S極)。


那么自然界中還有很多物體為什么沒有磁性?鐵,鎳,鈷內的磁性物質有所不同,它內部的電子可自發方向一致地排列,使磁性加強就構成磁鐵了。


磁鐵吸鐵過程對鐵塊產生吸引力,磁鐵與鐵塊“粘”在一起,我們就說磁鐵有磁了,這也就是磁鐵能吸鐵而不能吸鋁,銅等物體,不同金屬的內部結構是不一樣的。磁感應強度單位是特斯拉,簡稱特(T)。

磁鐵分為永久磁鐵與非永久磁鐵,永久磁鐵就是能夠長期保持磁性而不易失磁的天然產物,如磁鐵礦。非永久磁鐵需要某些條件下才能出現磁性,如電磁鐵。




磁鐵的發展歷程:


5000年前人類發現了天然磁鐵石。


2300年前中國人將天然磁鐵磨成勺狀,放在平滑的地面上,在地磁的作用下,勺柄指南,為世界上第一個指南儀。


1000年前中國人用鐵棒與磁棒摩擦磁化,制成了世界上第一個指南針。


1100年左右中國人利用磁鐵針和方位盤連在一起,做成磁鐵式指南儀,用于航海。


1820年丹麥物理學家發現電流感生磁。


30年代日本發現了鎳,鋁,鈷混合元素的新磁鐵。


70年代日本科學家發明了釹磁鐵,這種新磁鐵被稱為“永磁之王”。



永磁鐵的制造過程

澆鑄


先做出需要磁鐵形狀的砂模,就可以鑄造磁鐵了,材料包括銅,鈷,硫磺,鎳,鐵,鋁以及鈦。金屬放入電磁火爐,加熱至1600℃以上,把所有金屬都融成液體。


把溶液倒入砂模中,砂模便燃燒起來,因為硬化的砂內氣體易燃。


用錘子撬開鑄磨,讓空氣進入鑄磨內冷卻材料,讓氣體燒盡。把金屬從砂塊中分出來,鑄造后的金屬還是普通的鐵塊,不具有什么磁力。

把金屬件綁在銅管上,放進更大的管子中,把銅管放在中間位置,四周緊密堆滿矽砂,用混泥土封住兩端露出銅管兩端。


放入火爐內加熱700℃后取出,用夾鉗固定住銅管兩端,通低壓高電荷電流,然后取出金屬件,這步已讓金屬件輕微磁化,正確建立了磁場方向。

通過充磁機器讓磁鐵生效, 機器會通過電流把磁性傳到金屬上讓其產生磁性。通交流電后首先對電容充有高壓電壓(儲能),然后通過一個電阻非常小的線圈放電。放電時電流峰值很高,可達數萬安培。電磁產生的強大的磁場可使金屬永久磁化。


還有人會有疑問磁鐵會有輻射嗎?其實地球就是一個大磁石,人類無時無刻不在受磁場的影響,人體都有不同程度的微磁場,較弱且穩定的磁場對人體是有好處的。磁鐵只產生恒定磁場,不叫輻射,只能叫磁場。

釹磁鐵也叫釹鐵硼磁鐵是目前磁性最強的磁鐵,它能吸附自身體重640倍的重量,被稱為最強力磁鐵。其硬度高、性能穩定廣泛用于電子產品上,如硬盤,手機,耳機等。


注意一點,釹磁鐵采用燒結成型,而普通磁鐵是澆鑄工藝,由于材料中含有釹和鐵所以表面容易生銹,需要做一些保護性電鍍處理,這也算是它的一個缺點吧。

我們在使用磁鐵過程中會發現磁力越強就更易碎,這是由它的物理特性造成的。磁鐵在生產過程中采用粉末燒結而成的,燒結時間長,其內部都是一塊死的,缺乏靈活性。


磁鐵在強大的磁場下相吸相斥也會給磁鐵本身很大的反作用力,當碰到其它堅硬物體就容易碎。磁鐵破碎后每塊小磁鐵仍然有S極N極,這是因為任何磁體的磁極總是成對出現,破碎并不能把它的北極同其南極分開,每塊磁鐵不管有多小都有自己的兩極。


跟大家聊一下軍事上的高科技武器,電磁炮。它是在炮管內安裝線圈,通電后在炮管內產生強大電磁場力,使彈丸加速運動并發射出去。速度可達11千米/秒,這個速度可以使任何目標瞬間灰飛煙滅,它的炮彈就是普通的金屬彈丸,造價非常便宜。




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