磁体、磁性金属和非磁性金属的区分

早在2500年前，古代文明就发现了最早的磁体。在公元12世纪和13世纪的欧洲和中国，磁罗盘被广泛应用于航海。

磁体在现代技术中扮演着重要角色。随着广泛应用于工业、汽车、科学和日常家用设备磁路部件的需求不断增长，磁铁产品市场持续壮大。

磁性是什么？

磁力可被描述为一种吸引和排斥磁性物体的力。这种力是由穿透不同介质的磁场介导的。有些材料天生具有磁性，这是一种默认属性。然而，某些材料可以根据要求进行磁化或去磁。

金属中的什么物质产生磁性？

磁性是由电荷的运动产生的。它与电流类似。当电荷自旋时，它们会产生一个小偶极子。

若自旋平衡，则这些自旋的合力可忽略不计。另一方面，若存在许多未配对的电子，磁矩就会变得非常大。这一过程导致金属周围产生了磁场。电流也能产生磁场。导线中有电流通过时，其周围产生圆形磁场。电流在导体附近产生的磁场也可用于产生电流。

基于这一原理，发明出许多利用磁性和电的创新装置和应用。电磁理论在很大程度上解释了现代科技的进步。

哪些磁铁可被使用

磁铁分为很多种。磁性金属可通过其特性保持活跃的时间来区分。因此，磁铁可分为以下几类：

• 永久磁铁
• 临时磁铁
• 电磁铁

永久磁铁

说到磁铁，首先想到的便是永久磁铁。将这些物体磁化就可以产生磁场。冰箱贴就是一个很好的例子，通常贴在冰箱门上用于悬挂纸条。大多数永久磁铁含有铁、镍或钴。

永久磁铁由两种类型制成：“硬”磁铁和“软”磁铁。“硬”质磁性金属往往会保持很长时间的磁性。下面是一些常见的例子：

1. 铝镍钴磁铁是一种由铝、镍和钴组成的合金。铝镍钴合金可用于制造永久强磁体。它被广泛应用于消费电子产品和工业。例如，该材料可用于大型电动机、麦克风、扬声器、电吉他拾音器和微波炉。
2. 铁氧体是由氧化铁和其他元素（锶或钡）组成的陶瓷化合物。铁氧体的应用包括冰箱贴和小型电动机。
3. 钕铁硼磁铁（NdFeB）是一种稀土磁铁，由钕、铁和硼合金组成。是通用汽车和住友特殊金属公司在1982年发明的。目前最强力的永久磁体是钕磁铁。其应用包括无线工具、硬盘驱动器和磁性紧固件。
4. 钐钴合金也是稀土磁铁，通常应用于航空航天等专业应用。

“软”磁性金属也可被磁化，但很快就会失去磁性。典型的例子包括铁硅合金和镍铁合金。诸如此类的材料通常用于电子产品，例如变压器和磁屏。

永久磁体的内部结构会产生磁场。它们通常不容易失去磁性。铁磁性金属可制成永久磁铁，外部影响不会使其磁场消失。它们能承受退磁力，因此较为稳定。

磁铁材料的内部结构是理解永久磁体的关键。材料的磁畴沿同一方向排列时，对外会显示出磁性。磁畴是材料结构内的微小磁源。

铁磁材料的磁畴在强磁体中对齐排列。

地核的内部存在类似的条件，因此就像一块永久磁体。但请注意，地球的地理北极实际上是磁南极。

临时磁铁

临时磁铁是一种在磁场中与永久磁铁作用相同、但离开磁场时磁性消失的磁铁。在某些条件下，临时磁体可保持其磁性。如果这些条件不再存在，磁场便会消失。

临时磁体的例子包括磁性低的软材料，如退火铁和钢。它们放入强磁场中会具备磁性。其强制力较低。

您见过永久磁铁附近的回形针吗？它们在永久磁铁的作用下粘连在一起，这便是他们的工作机制。

磁场使得回形针成为吸引其他回形针的临时磁铁。将永久磁体移开后，回形针就失去了磁性。

电磁铁

当电流通过时，电磁体会产生磁场。它们的应用呈现多元化。例如，电动机、发电机、继电器、耳机等都使用了电磁铁。

电磁铁包含一个由线圈包绕的铁芯。通过将导线与电源连接，就产生了一个强磁场。使用铁磁材料，磁场的强度会进一步扩大。根据电流的不同，电磁铁可能具有极大的强度。

磁力也可通过按下按钮来开启和关闭。磁力有许多特殊的属性，因此可将其运用于多种应用中。

磁铁是由什么制成的

磁铁是由一组被称为铁磁性金属的金属组成的。例如，镍和铁。这类金属的独特之处在于其均匀磁化的能力。通过询问磁铁是如何工作的，我们指的是磁铁的磁场是如何作用于物体的。寻找答案的过程颇为有趣。

每种材料都包含几个称为畴的小磁场。较为常见的是，这些畴彼此独立且面向不同方向。然而，当施加强磁场时，所有铁磁金属的磁畴都可以对齐，从而产生更强的磁场。大多数磁铁都是用这种方法制造的。

磁强度

哪些磁铁的磁力最强？

稀土磁铁是目前发现的磁力最强的磁铁。稀土磁铁中，磁力最强的是钕磁铁。只要磁路处于良好状态，钐钴磁铁在高温（约150°C或以上）下的性能就能胜过新磁铁。

影响磁铁的强度的因素有哪些？

磁铁强度受多种因素影响，包括：

1. 温度
2. 辐射
3. 外部磁场，例如高电流
4. 靠近另一个磁铁的磁铁（排斥）
5. 腐蚀——有些磁铁需要保护涂层，以防止它们在高湿度下腐蚀（例如：钕铁硼磁铁）

在现代磁铁材料中，冲击和振动没有影响，除非冲击或振动的强度足以损坏磁铁。

磁铁能否永久保持其强度？

只要使磁铁远离对其磁性产生负面影响的因素（例如电源线、其他磁铁、高温等），理论上它将永久保持其磁性。

哪些金属是有磁性的？

磁场可通过多种方式与金属相互作用。这完全取决于材料的内部结构。与磁场相互作用的金属主要有以下三种类型：

1. 铁磁性
2. 顺磁性
3. 反磁性

磁铁被铁磁性金属强烈吸引，而其余的则不然。顺磁性金属虽也能吸引磁铁，但吸引力非常弱。 另一方面，抗磁性材料在靠近磁铁时显示出微弱的排斥力。只有铁磁性金属才被认为是真正具有磁性的。

图片——磁性金属与非磁性金属（请注意，铝和铜确实会与变化的磁场相互作用）

磁性金属一览表

下面列出了一些最著名的磁性金属。其中一些材料始终具备磁性。然而，某些材料（例如不锈钢）不会表现出磁性，除非它们含有特定的化学成分。

铁

铁磁性金属，如铁，是众所周知的。事实上，它是最强的铁磁性金属。正是它们赋予了地球磁性，构成了核心的重要部分。因此，地球本身就起着永久磁体的作用。

影响铁磁性的因素有很多。除了原子级的电子自旋外，其晶体结构也起着重要作用。若失去晶体结构，铁就会变成一种非磁性金属。

根据晶体结构的不同，铁具有不同的特性。

铁的体心立方（bcc）结构的α-FE结构使其具有铁磁性。同时，它在面心立方（fcc）γ-Fe结构中不显示磁性。例如，β-Fe结构表现出顺磁性。

图——磁场中的铁屑

镍

镍也是一种常见的具有铁磁特性的磁性金属。它的化合物也存在于地核中。镍历来被用于制造硬币。如今，镍广泛用于电池、涂料、厨房设备、电话、建筑、交通和珠宝。镍铁是不锈钢的关键组成部分，由镍制成。镍也是Alnico磁铁（由铝、镍和钴制成）的组成部分。

钴

钴是一种铁磁性金属。在过去的100年里，钴因其优异的磁性能而被广泛使用。

钴可用于制造软磁铁和硬磁铁。与其他软磁体相比，钴基磁体具有许多优点。尤其是，它们的饱和点很高，居里温度在950-990°摄氏度。因此，它们可在高温条件下（最高500°C）使用。

钴合金广泛用于硬盘、风力涡轮机、核磁共振成像仪、电机、执行器和传感器。

钢

由于含铁，钢也表现出铁磁性。在大多数情况下，钢会被磁铁吸引。因此也可使用钢制造永久磁体。

例如，EN C15D钢的铁含量在98.81到99.26%之间。这种钢的含铁率很高。 因此，铁的铁磁特性转移到钢上。

不锈钢

有些不锈钢有磁性，有些则没有。合金钢通过向合金中加入铬而成为不锈钢。铁素体和马氏体不锈钢的成分和分子结构导致其具有磁性。

另一方面，奥氏体钢由于其分子结构而不显示铁磁性。因此，它可以用于磁共振成像仪。

不同的镍含量是造成磁差的主要原因。氧化层的强化提高了腐蚀保护，但也改变了不锈钢的结构。

稀土金属

除了以上提到的金属外，一些稀土元素的化合物也具有铁磁性。钆、钐和钕都是磁性稀土金属。

将上述金属与铁、镍和钴结合使用，可以制造出具有不同性能的磁铁。诸如此类的磁铁具有某些应用所需的特定特性。

例如，钐钴磁铁用于涡轮机械和高性能电动机。

哪些金属没有磁性？

元素周期表中仅有少数金属具有磁性。其他常见金属则是非磁性的。下面有几个示例。

非磁性金属一览表

铝

铝的晶体结构与锂和镁的一样，使其无磁性。这三种材料都是顺磁性金属。

尽管铝腐蚀可能以多种方式发生，但它本身具有耐环境腐蚀性。再加上其重量轻，这使它成为许多行业中的有用金属。

金

和大多数金属一样，金是一种抗磁性金属。包括金在内的所有抗磁性金属对纯磁铁都有微弱的磁性吸引力。

银

银是另一种非磁性金属。银的抗磁性使其不具有磁性。

众所周知，银等金属具有最强的导电性、导热性和反射率。加热后，它会变得非常柔软、有延展性。此外，它还具有很高的耐腐蚀性能。

如今，它被广泛应用于珠宝和货币的制造。它还被用于制造太阳能电池板和水过滤器。

铜

铜本身没有磁性，但它会以某种方式与磁铁相互作用（例如：涡流）。发电厂利用铜的这一属性来发电。

利用这一原理，金属探测器也能探测到金、银等非磁性金属。然而，这类相互作用显然不足以满足大多数实际目的，而且限制了潜在应用的数量。