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为什么加热和强力撞击能够消磁?

作者:《科学世界》杂志

一些由钢铁制成的物体,如缝衣针、螺丝刀等与磁铁接触后就会显示出磁性,这种现象叫做磁化。我们知道,电流可以激发磁场,通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场很相似。法国物理学家安培依此认为,磁铁的磁性也是由电流激发的,由此他提出了著名的分子电流假说(下图)。安培认为,在原子、分子等物质微粒内部,存在着一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。一根铁棒,未被磁化的时候,内部各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外界不显磁性。当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外界显示出较强的磁作用,形成磁极。从而显示出磁性来。后来发现,分子电流磁性可归结为电子磁矩,原子中电子的旋转和自旋是物质磁性的根本原因。

安培的分子电流假说:(左)未被磁化的铁棒中分子电流杂乱无章;(右)分子电流在外部磁场作用下取向相同。

正是这样,许多物质在磁场中都能够或多或少地被磁化。当然,我们知道,铁、钴、镍以及它们的合金,还有一些氧化物,磁化后的磁性比其他物质强得多,这又是什么原因呢?原来,这类物质的结构与其他物质有所不同,它们本身就是由很多已经磁化的小区域组成的,这些磁化的小区域叫做“磁畴”。磁化前,各个磁畴的磁化方向不同,杂乱无章地混在一起,各个磁畴的作用在宏观上互相抵消,物体对外不显磁性。磁化过程中,由于外磁场的影响,磁畴的磁化方向有规律地排列起来,使得磁场大大加强。现代探测技术证明了磁畴的存在。磁畴的大小约 [公式] 米。

由于成分和结构的原因,有些铁磁性材料,在外磁场撤去以后,各磁畴的方向不易改变(有一定阻力),仍能很好地保持一致,物体具有很强的剩磁,这样的材料叫做硬磁性材料。有的铁磁性材料,外磁场撤去以后,磁畴的磁化方向又变得杂乱,物体没有明显的剩磁,这样的材料叫做软磁性材料。永磁体要有很强的剩磁,所以要用硬磁性材料制造。电磁铁要在通电时有磁性,断电时失去磁性,所以要用软磁性材料制造。

烧红的磁铁失去磁性,回形针从磁铁处脱离。

磁化后的材料,一旦磁畴的有序排列被破坏,恢复到杂乱无章的状态,物体也就失去了磁性。对磁性材料进行加热,在高温下,物体内部微粒的无规则运动非常剧烈,为磁畴方向的改变提供了能量,导致原来有序的排列被打乱,从而会使之失去磁性。实际上,除了加热之外,剧烈震动、交变磁场的作用,同样可以打乱原来排列有序的微粒,使磁体失去磁性。工业上就常用强的交变磁场使物体消磁。

撰文/金新喜

发表于《科学世界》2016年9期

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