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什么是磁铁?
磁铁的定义
磁铁是一种可以相互吸引或相互排斥的物质,如果说某物体内部的细小分子都能按照相同方向排列,它就会变成磁铁。成分是铁、钴、镍等原子结构特殊,原子本身具有磁矩,一般的这些矿物分子排列混乱。磁区互相影响就显不出磁性,但是在外力(如磁场)导引下分子排列方向趋向一致,就显出磁性,也就是俗称的磁铁。铁,钴,镍,是最常用的磁性物质,基本上磁铁分永久磁铁与软铁,永久磁铁是加上强磁,使磁性物质的自旋与电子角动量成固定方向排列,软磁则是加上电流(也是一种加上磁力的方法) 等电流去掉软铁会慢慢失去磁性。

磁铁的原理

磁铁是可以产生磁场的物体,为一磁偶极子,能够吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属。磁极的判定是以细线悬挂一磁铁,指向北方的磁极称为指北极或N极,指向南方的磁极为指南极或S极。(如果将地球想成一大磁铁,则目前地球的地磁北极是S极,地磁南极则是N极。)磁铁异极则相吸,同极则排斥。指南极与指北极相吸,指南极与指南极相斥,指北极与指北极相斥。

磁铁可分为“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,也可以由人工制造(最强的磁铁是钕铁硼磁铁)。非永久性磁铁,例如电磁铁,只有在某些条件下才会出现磁性。

磁铁的发现

古希腊人和中国人发现自然界中有种天然磁化的石头,称其为“吸铁石”。这种石头可以魔术般的吸起小块的铁片,而且在随意摆动后总是指向同一方向。早期的航海者把这种磁铁作为其最早的指南针在海上来辨别方向。

经过千百年的发展,今天磁铁已成为我们生活中的强力材料。通过合成不同材料的合金可以达到与吸铁石相同的效果,而且还可以提高磁力。在18世纪就出现了人造的磁铁,但制造更强磁性材料的过程却十分缓慢,直到20世纪20年代制造出铝镍钴(Alnico)。随后,20世纪50年代制造出了铁氧体(Ferrite),70年代制造出稀土磁铁[Rare Earth magnet 包括钕铁硼(NdFeB)和钐钴(SmCo)]。至此,磁学科技得到了飞速发展,强磁材料也使得元件更加小型化。

钕铁硼磁铁
钕铁硼磁铁(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
钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁、铁氧体磁铁。

定义磁铁  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,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 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。
有人认为磁铁与铁磁性物质之间的吸引作用是人类最早对磁性的认识。

选择磁铁
在决定选择哪一种磁铁之前应明确需要磁铁发挥何种作用?
主要的作用:移动物体,固定物体或抬升物体。
所需磁铁的形状:圆片形,圆环形,方块形,瓦片形或特殊形状。
所需磁铁的尺寸:长,宽,高,直径及公差等等。
所需磁铁的吸力,期望价格及数量等等。
指南针就是根据磁铁的性质发明的

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