Почему магниты притягивают металлы

Почему магниты притягивают металлы

Магниты притягивают металлы из-за поведения электронов в атомах металла. Большинство металлов, таких как железо, кобальт и никель, имеют неспаренные электроны в своих внешних оболочках. Эти неспаренные электроны генерируют крошечные магнитные поля.

Когда магнит подносится к металлу, магнитное поле магнита заставляет электроны в металле выравниваться таким образом, чтобы усилить поле магнита. Это выравнивание создает сильное взаимодействие между металлом и магнитом, заставляя их притягиваться друг к другу.

В ферромагнитных металлах (таких как железо) это выравнивание особенно ярко выражено, что делает их сильно магнитными и повышает вероятность притяжения магнитами. Притяжение возникает из-за взаимодействия между полем магнита и электронами металла, которое коренится в квантовой механике и магнитных свойствах материала.

Какие материалы могут притягивать металлы

Материалы становятся магнитными, если их валентные электроны выстраиваются особым образом. Скорее всего, это происходит в переходных металлах, так как у них много слабо закрепленных валентных электронов. Железо, кобальт и никель часто притягиваются. Железное ядро Земли превращает ее в гигантский магнит, а термины "север" и "юг" используются для описания двух направлений магнитного поля. Северный полюс магнита притягивается к северному полюсу Земли.

Соединения также могут быть магнитными. Железная руда с формулой Fe3O4, найденная в Магнезии (Турция), была названа магнетитом, а ее название связано с необычным свойством. В средневековые времена камень называли lodestone (так как он "ведет" на север) и использовали для навигации. Люди обнаружили, что железные или стальные иглы можно тереть о камень, чтобы он приобрел намагниченность. Из этих иголок делали навигационные компасы.

Керамические магниты, такие как оксиды железа, кобальта и хрома, производятся методом порошковой металлургии. Мелкие частицы можно смешивать с полимерами для изготовления гибких магнитов для холодильников или наносить на пластиковые полоски для производства аудио- и видеопленок. Во время обработки к частицам прикладываются сильные магнитные поля, чтобы выровнять их поля. Осаждение тонких пленок в вакуумной камере используется для изготовления жестких дисков компьютеров.
Сплавы позволяют создавать очень сильные магниты. Первая удачная комбинация - алюмоникель-кобальт - была открыта в 1930-х годах. Сплавы, содержащие редкоземельные элементы, еще более успешны. Самарий-кобальт и неодим-железо-бор - две распространенные комбинации.
В начале 1800-х годов было обнаружено, что электрический ток, проходящий через катушки проволоки, создает магнитное поле. Электромагниты используются в электрических трансформаторах.
Магнетизм может быть утрачен при нагревании материала. При нагревании электроны получают энергию и могут переориентироваться, теряя свою особую направленность.

Список магнитных металлов: Типы, свойства и применение

Магнитные металлы - это материалы, которые проявляют магнитные свойства либо постоянно, либо при воздействии внешнего магнитного поля. Эти металлы можно разделить на ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные типы, каждый из которых имеет свои особенности поведения и применения.

1. Ферромагнитные металлы (сильномагнитные)

Эти металлы сохраняют свою намагниченность и сильно притягиваются к магнитам.

• Железо (Fe) - самый распространенный магнитный металл, используется в электромагнитах, трансформаторах и конструкционной стали.

• Никель (Ni) - используется в нержавеющей стали, аккумуляторных батареях (NiMH) и магнитных экранах.

• Кобальт (Co) - используется в высокоэффективных магнитах (например, AlNiCo, SmCo) и аэрокосмических сплавах.

• Гадолиний (Gd) - проявляет сильный ферромагнетизм при температуре ниже 20°C, используется в контрастных веществах для магнитно-резонансной томографии и для хранения данных.

• Сплавы (AlNiCo, пермаллой, сталь) - сталь (Fe + C) широко используется в двигателях, а AlNiCo (Al-Ni-Co-Fe) - в датчиках и гитарных звукоснимателях.

2. Редкоземельные магниты (самые сильные постоянные магниты)

Это сплавы, содержащие редкоземельные элементы, которые обеспечивают исключительную магнитную силу.

• Неодим (NdFeB) - самый сильный коммерческий магнит, используется в жестких дисках, электромобилях и ветряных турбинах.

• Самарий-кобальт (SmCo) - устойчив к высоким температурам, используется в аэрокосмической и военной промышленности.

3. Парамагнитные металлы (слабо притягиваются к магнитам)

Эти металлы магнитятся только под воздействием внешнего поля и теряют магнетизм при его удалении.

• Алюминий (Al) - слабый парамагнетик, используется в немагнитных конструкциях.

• Платина (Pt) - используется в медицинских приборах и топливных элементах.

• Марганец (Mn) - повышает прочность стали и используется в литий-ионных батареях.

4. Диамагнитные металлы (отталкиваются от магнитов)

Эти металлы генерируют противоположное магнитное поле при контакте с магнитом.

• Медь (Cu) - используется в электропроводке и аппаратах МРТ благодаря своим немагнитным свойствам.

• Золото (Au) и серебро (Ag) - используются в электронике и медицинских имплантатах, где необходимо избегать магнитных помех.