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[知识] 磁铁是如何制造的?20多年的疑惑终于被解开了

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admin 发表于 2019-4-1 22:53:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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磁铁,在我们小时候就记忆很深,它是个神奇的东西。下课了在教室里玩的磁铁大战,两个磁力战士各拿一块磁铁,中线两侧同时放好,等裁判一声令下双方同时放手,越界的磁铁算输会被拿走,玩的是不亦乐乎。还能在动画片《猫和老鼠》上看到汤姆猫被杰瑞鼠利用磁铁整得好惨。

磁铁是如何制造的?20多年的疑惑终于被解开了

长大后我们的生活也离不开它,坐的磁悬浮列车,医院的核磁共振,用的音响喇叭,军事上各国争先研发的电磁炮……磁铁有这么多神奇的功能,今天跟大家一起了解一下。

平常我们所了解的磁铁就是一个具有相互排斥与相互吸引的物体。磁铁是由铁,镍,钴组成,其本身就有磁距,内部结构按照相同方向排列,一端北极(N极)一端南极(S极)。

那么自然界中还有很多物体为什么没有磁性?铁,镍,钴内的磁性物质有所不同,它内部的电子可自发方向一致地排列,使磁性加强就构成磁铁了。

磁铁吸铁过程对铁块产生吸引力,磁铁与铁块“粘”在一起,我们就说磁铁有磁了,这也就是磁铁能吸铁而不能吸铝,铜等物体,不同金属的内部结构是不一样的。磁感应强度单位是特斯拉,简称特(T)。

磁铁是如何制造的?20多年的疑惑终于被解开了

磁铁分为永久磁铁与非永久磁铁,永久磁铁就是能够长期保持磁性而不易失磁的天然产物,如磁铁矿。非永久磁铁需要某些条件下才能出现磁性,如电磁铁。

磁铁是如何制造的?20多年的疑惑终于被解开了

磁铁的发展历程:

5000年前人类发现了天然磁铁石。


2300年前中国人将天然磁铁磨成勺状,放在平滑的地面上,在地磁的作用下,勺柄指南,为世界上第一个指南仪。


1000年前中国人用铁棒与磁棒摩擦磁化,制成了世界上第一个指南针。


1100年左右中国人利用磁铁针和方位盘连在一起,做成磁铁式指南仪,用于航海。


1820年丹麦物理学家发现电流感生磁。


30年代日本发现了镍,铝,钴混合元素的新磁铁。


70年代日本科学家发明了钕磁铁,这种新磁铁被称为“永磁之王”。

永磁铁的制造过程

浇铸

先做出需要磁铁形状的砂模,就可以铸造磁铁了,材料包括铜,钴,硫磺,镍,铁,铝以及钛。金属放入电磁火炉,加热至1600℃以上,把所有金属都融成液体。

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把溶液倒入砂模中,砂模便燃烧起来,因为硬化的砂内气体易燃。

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用锤子撬开铸磨,让空气进入铸磨内冷却材料,让气体烧尽。把金属从砂块中分出来,铸造后的金属还是普通的铁块,不具有什么磁力。

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把金属件绑在铜管上,放进更大的管子中,把铜管放在中间位置,四周紧密堆满矽砂,用混泥土封住两端露出铜管两端。

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放入火炉内加热700℃后取出,用夹钳固定住铜管两端,通低压高电荷电流,然后取出金属件,这步已让金属件轻微磁化,正确建立了磁场方向。

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通过充磁机器让磁铁生效, 机器会通过电流把磁性传到金属上让其产生磁性。通交流电后首先对电容充有高压电压(储能),然后通过一个电阻非常小的线圈放电。放电时电流峰值很高,可达数万安培。电磁产生的强大的磁场可使金属永久磁化。

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还有人会有疑问磁铁会有辐射吗?其实地球就是一个大磁石,人类无时无刻不在受磁场的影响,人体都有不同程度的微磁场,较弱且稳定的磁场对人体是有好处的。磁铁只产生恒定磁场,不叫辐射,只能叫磁场。

磁铁是如何制造的?20多年的疑惑终于被解开了

钕磁铁也叫钕铁硼磁铁是目前磁性最强的磁铁,它能吸附自身体重640倍的重量,被称为最强力磁铁。其硬度高、性能稳定广泛用于电子产品上,如硬盘,手机,耳机等。

注意一点,钕磁铁采用烧结成型,而普通磁铁是浇铸工艺,由于材料中含有钕和铁所以表面容易生锈,需要做一些保护性电镀处理,这也算是它的一个缺点吧。

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我们在使用磁铁过程中会发现磁力越强就更易碎,这是由它的物理特性造成的。磁铁在生产过程中采用粉末烧结而成的,烧结时间长,其内部都是一块死的,缺乏灵活性。

磁铁在强大的磁场下相吸相斥也会给磁铁本身很大的反作用力,当碰到其它坚硬物体就容易碎。磁铁破碎后每块小磁铁仍然有S极N极,这是因为任何磁体的磁极总是成对出现,破碎并不能把它的北极同其南极分开,每块磁铁不管有多小都有自己的两极。

磁铁是如何制造的?20多年的疑惑终于被解开了

跟大家聊一下军事上的高科技武器,电磁炮。它是在炮管内安装线圈,通电后在炮管内产生强大电磁场力,使弹丸加速运动并发射出去。速度可达11千米/秒,这个速度可以使任何目标瞬间灰飞烟灭,它的炮弹就是普通的金属弹丸,造价非常便宜。


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