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磁现象是什么时候被发现的?

发布于:2015/10/31  阅读553次

  先秦时代我们的先人已经积累了许多这方面的认识,在探寻铁矿时常会遇到磁铁矿,即磁石(主要成分是四氧化三铁)。这些发现很早就被记载下来了。《管子》的数篇中最早记载了这些发现:“山上有磁石者,其下有金铜。”

  磁铁的文献记载

  其他古籍如《山海经》中也有类似的记载。磁石的吸铁特性很早就被人发现,《吕氏春秋》九卷精通篇就有:“慈招铁,或引之也。”那时的人称“磁”为“慈”他们把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引。并认为:“石是铁 的母亲,但石有慈和不慈两种,慈爱的石头能吸引他的子女,不慈的石头就不能吸引了。” 汉以前人们把磁石写做“慈石”,是慈爱石头的意思。

  又北三百二十里,曰灌题之山,其上多樗柘,其下多流沙,多砥。有兽焉,其状如牛而白尾,其音如訆,名曰那父。有鸟焉,其状如雌雉而人面,见人则跃,名曰竦斯,其鸣自呼也。匠韩之水出焉,而西流注于泑泽,其中多磁石。

  尝试

  既然磁石能吸引铁,那么是否还可以吸引其他金属呢?我们的先民做了许多尝试,发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属,也不能吸引砖瓦之类的物品。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁,而不能吸引其他物品。当把两块磁铁放在一起相互靠近时,有时候互相吸引,有时候相互排斥。现在人们都知道磁体有两个极,一个称N 极,一个称S 极。同性极相互排斥,异性极相互吸引。那时的人们并不知道这个道理,但对这个现象还是能够察觉到的。

  到了西汉,有一个名叫栾大的方士,他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西,通过调整两个棋子极性的相互位置,有时两个棋子相互吸引,有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意献给汉武帝,并当场演示。汉武帝惊奇不已,龙心大悦,竟封栾大为“五利将军”。栾大利用磁石的性质,制作了新奇的玩意蒙骗了汉武帝。

  地球也是一个大磁体,它的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。因此地球表面的磁体,可以自由转动时,就会因磁体同性相斥,异性相吸的性质指示南北。这个道理古人不够明白,但这类现象他们很清楚。

  分类

  磁铁可分作“永久磁铁”与“非永久磁铁”。永久磁铁可以是天然产物,又称天然磁石,也可以由人工制

  磁铁

  造(最强的磁铁是钕磁铁)。而非永久性磁铁,只有在某些条件下会有磁性,通常是以电磁铁的形式产生,也就是利用电流来强化其磁场。

  定义

  磁铁,应该叫磁钢,英文:Magnet,磁钢现在主要分两大类,一类是软磁,一类是硬磁。

  概念

  软磁包括硅钢片和软磁铁芯;硬磁包括铝镍钴、钐钴、铁氧体和钕铁硼,这其中,最贵的是钐钴磁钢,最便宜的是铁氧体磁钢,性能最高的是钕铁硼磁钢,但是性能最稳定,温度系数最好的是铝镍钴磁钢,用户可以根据不同的需求选择不同的硬磁产品。

  我们所说的磁铁,一般都是指永磁磁铁。

  永磁磁铁又分二大分类。

  第一大类

  金属合金磁铁包括钕铁硼磁铁Nd2Fe14B)、钐钴磁铁(SmCo)、铝镍钴磁铁(ALNiCO)

  第二大类

  铁氧体永磁材料(Ferrite)

  1.钕铁硼磁铁 它是目前发现商品化性能最高的磁铁,被人们称为磁王,拥有极高的磁性能其最大磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上。其本身的机械加工性能亦相当之好。工作温度最高可达200摄氏度。而且其质地坚硬,性能稳定,有很好的性价比,故其应用极其广泛。但因为其化学活性很强,所以必须对其表面凃层处理。(如镀Zn,Ni,电泳、钝化等)。

  2.铁氧体磁铁 它主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19。通过陶瓷工艺法制造而成,质地比较硬,属脆性材料,由于铁氧体磁铁有很好的耐温性、价格低廉、性能适中,已成为应用最为广泛的永磁体。

  3.铝镍钴磁铁 是由铝、镍、钴、铁和其它微量金属元素构成的一种合金。铸造工艺可以加工生产成不同的尺寸和形状,可加工性很好。铸造铝镍钴永磁有着最低可逆温度系数,工作温度可高达600摄氏度以上。铝镍钴永磁产品广泛应用于各种仪器仪表和其他应用领域。

  4.钐钴(SmCo) 依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Co17。由于其材料价格昂贵而使其发展受到限制。钐钴(SmCo)作为稀土永磁铁,不但有着较高的磁能积(14-28MGOe)、可靠的矫顽力和良好的温度特性。与钕铁硼磁铁相比,钐钴磁铁更适合工作在高温环境中。

  永久性磁铁

  永久性磁铁可以是天然产物,又称天然磁石,也可以由人工制造(最强的磁铁是钕铁硼磁铁)。

  非永久性磁铁

  非永久性磁铁加热到一定的温度会突然失去磁性,这是由于组成磁铁的众多“元磁体”之排列从有序到无序所引起的;失去磁性的磁铁放入到磁场中,当磁化强度达到某一数值,它又被磁化,“元磁体”之排列又从无序到有序。

  人造磁铁

  分为蹄形磁铁和条形磁铁,是大家生活中最常见的,其中蹄形磁铁比较受欢迎。单面磁铁 是指一面有磁性,另一面磁性较弱的磁铁,方法是用特殊处理的镀锌铁皮将双面磁铁的一面包 裹,这样被包裹的一面磁性将被屏蔽,磁力被折射到另一面,另一面磁性将增强。如有的场合只需要一面有磁性,另一面如有磁性会造成损坏或干扰;有的场合如包装盒上的磁铁则只需要一面有磁性,另一面可有可 无,有磁性也没有用,这样使用单面磁会大大降低成本并节约磁性材料。 单面磁铁的磁力折射如同卫星锅对信号的折射或手电筒灯锅对光线的折射,其折射效果主要由以下三方 面决定:1.材料:材料的选择以及厚薄,以及磁铁与材料的间距有着密切的关系。纯铁皮容易漏磁,经特殊处理后折射会增强,但100%屏蔽的材料还没研究出,但不同 厂 家做的材料效果也不同。

  2.角度:根据折射原理,弧形材料效果最好,直角材料折射损耗较大。

  3.空间:磁力线在空中如同手机信号,需要有空间才能折射出来。手电筒灯锅如完全包裹在灯炮上,使用效果肯定不好,因为有大量的光线折射被损耗。

  如何能利用以上原理,将磁性增强的效果最好,是很多参数之间求最佳的问题,很多厂家也在反复的做实验,如西安国泰磁铁厂单面磁处理最理想结果为增强50%,这样在包装盒箱包等领域将大大降低生产成本并节约磁性材料。

  (Neodymium magnet)也称为钕铁硼磁铁,其化学式为Nd2Fe14B,是一种人造的永久磁铁,目前为止具有最强磁力的永久磁铁。

  被人们称为磁王,拥有极高的磁性能其最大磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上。其本身的机械加工性能亦相当之好。工作温度最高可达200摄氏度。而且其质地坚硬,性能稳定,有很好的性价比,故其应用极其广泛。但因为其化学活性很强,所以必须对其表面凃层处理。(如镀Zn,Ni,电泳、钝化等)。

  钕磁铁是住友特殊金属公司的佐川真人等人于1982年发明的,由其化学式可知其主要由钕、铁与硼等化学元素所构成。在许多领域有可能取代传统的纯铁磁铁, 铝镍钴合金和钐钴磁铁譬如电动机, 仪器和仪表,汽车工业, 石油化工产业和磁性医疗保健产品。能生产各种形状的:譬如圆盘磁铁,圆环磁铁, 长方形磁铁, 弧磁铁和其它形状的磁铁。

  具有强力磁性的钕磁铁被广泛被应用在电子产品上,例如硬盘、手机、耳机等等。

  主要成分

  磁铁又名吸铁石,是指在周围和自身内部存在磁场的物体或材质,分为天然和人造两大类。人造磁铁通常用金属合金制成,具有强磁性。又可分作“永久性磁铁”与“非永久性磁铁”,即“硬磁”与“软磁”。天然磁铁主要成分:四氧化三铁,化学式Fe3O4,常称“磁性氧化铁”。具有磁性的黑色晶体。可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。因在四氧化三铁的晶体里存在着两种不同价态的离子,其中三分之一是Fe2+,三分之二是Fe3+,是一种复杂的化合物。它不溶于水,也不能与水反应。与酸反应,不溶于碱。主要用于制底漆和面漆,用于电子工业的磁性材料,也用于建筑工业的防锈剂。

  磁力大小排列为钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁、铁氧体磁铁。

  主要有如下3个性能参数来确定磁铁的性能:

  剩磁Br :永磁体经磁化至技术饱和,并去掉外磁场后,所保留的Br称为剩余磁感应强度。

  矫顽力Hc:使磁化至技术饱和的永磁体的B降低到零,所需要加的反向磁场强度称为磁感矫顽力,简称为矫顽力。

  磁能积BH:代表了磁铁在气隙空间(磁铁两磁极空间)所建立的磁能量密度,即气隙单位体积的静磁能量。由于这项能量等于磁铁的Bm和Hm的乘积,因此称为磁能积。

  磁场:对磁极产生磁作用的空间为磁场。

  表面磁场:永磁体表面某一指定位置的磁感应强度。

  反磁性

  抗磁性是一些类别的物质,当处在外加磁场中,会对磁场产生的微弱斥力的一种磁性现象。

  顺磁性

  顺磁性,是指一种材料的磁性状态。有些材料可以受到外部磁场的影响,产生指同相向的磁化向量的特性。这样的物质具有正的磁化率。与顺磁性相反的现象被称为抗磁性。

  铁磁性

  铁磁性,是指一种材料的磁性状态,具有自发性的磁化现象。各材料中以铁最广为人知,故名之。

  某些材料在外部磁场的作用下得而磁化后,即使外部磁场消失,依然能保持其磁化的状态而具有磁性,即所谓自发性的磁化现象。所有的永久磁铁均具有铁磁性或亚铁磁性。

  基本上铁磁性这个概念包括任何在没有外部磁场时显示磁性的物质。至今依然有人这样使用这个概念。但是通过对不同显示磁性物质及其磁性的更深刻认识,学者们对这个概念做了更精确的定义。一个物质的原胞中所有的磁性离子均指向它的磁性方向时才被称为是铁磁性的。若只有部分离子的磁场指向其磁性方向,则称为亚铁磁性。若其磁性离子所指的方向正好相互抵消(尽管所有的磁性离子只指向两个正好相反的方向)则被称为反铁磁性。

  物质的磁性现象存在一个临界温度,在此温度下才会发生。对于铁磁性和亚铁磁性物质,此温度被称为居里温度; 对于反铁磁性物质,此温度被称为尼尔温度。

  磁铁的制造

  有些物质可以被摩擦成磁铁,材料不是铁,就是钢,但并不是所有的钢都可以被制成磁铁,因为它们内含其物质,不锈钢不能充当磁铁。

  现在我们来制造磁铁,磁铁与一根螺丝起子是你所需要的材料,拿磁铁来摩擦螺丝起子的金属部分,从一端到另一端,他们反复摩擦,就可以制造出一根具有磁性的螺丝起子。

  概念

  大多数磁性材料可以沿同一方向充磁至饱和,这一方向叫做“磁化方向”(取向方向)。没有取向方向的磁铁(也叫做各向同性磁铁)比取向磁铁(也叫各向异性磁铁)的磁性要弱很多。

  磁铁的南北极定义

  磁铁

  “北极”的定义是磁铁在随意旋转后它的北极指向地球的北极,简称“N”。同样,磁铁的南极也指向地球的南极,简称“S”。 

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