日月流逝，磁铁会失去磁性吗？背后的科学原理

随着时间的推移，由于温度变化、机械损伤、腐蚀和不适当的储存，永磁体确实会失去可忽略不计的磁性。

众所周知，附着在冰箱上磁铁会在几年后脱落，随着时间的推移，玩具上的磁铁也会失去其强度。实际上，所谓的“永磁铁”并不是真正的永久。

退磁——降低或消除磁体磁性的过程，通常是人为完成的，但也可以自然发生。

极端的温度波动、由于机械损坏造成的体积损失、不适当的储存、磁滞损耗和腐蚀都会导致磁铁失去磁性。

原子磁矩与物体磁性

在我们进一步了解磁铁如何失去磁性之前，让我们先试着了解磁铁如何产生磁性。

电磁力是自然界四种基本力之一，是带电亚原子粒子运动的结果，尤其是电子。这些带负电的粒子不断地围绕原子核旋转，同时也在自转。这两种运动中的后一种，被称为电子自旋，是一种内在的性质，在很大程度上促成了吸引力或排斥力的产生，我们称之为磁力。

简单地说，电子的公转和自转被认为产生了电流(电子流)，这使得单个电子像微小的磁铁一样工作(电磁)。每一个电子都产生它们自己的磁偶极矩，分别是轨道磁偶极矩和自旋磁偶极矩，并结合起来产生一个净原子磁偶极矩。

尽管质子和中子也绕着它们的轴旋转，增加了原子的净磁矩，但是它们产生的磁矩比电子小1000倍，因此可以忽略不计。

每一个电子都可以看作是一个微小的磁铁，而物体中都包含数万亿个电子，理应每一个物体都有磁性才对，为什么我们周围的一切都不是磁性的呢？

答案是：微观电子产生的磁矩相互抵消，宏观物体不显磁性。

根据泡利不相容原理，同一个轨道壳层中的电子具有相反的自旋方向，因此会抵消彼此的磁矩。在某些元素中，如铁和钴(铁磁性材料)，最终的价态电子层只有一半被填满，含有未成对电子。

由于没有自旋方向相反的电子来中和它们，这些未成对电子共同赋予原子以磁力。

当形成晶体时，金属原子可以把它们的磁矩排列在同一个方向，也可以不排列，这取决于能量大小，会以能量较低的方式排列。单个磁矩相互平行的区域称为，磁畴和单个原子对外加磁场的响应构成了各种磁性材料分类的基础。

磁畴

铁磁材料中的磁畴在存在外部磁场的情况下自行排列，从而形成永久磁铁。

是什么导致磁力的损失？

磁性材料不是真正的磁性材料，除非它的磁畴精确排列；任何单个磁畴方向的改变都会导致净磁场强度的损失。各种自然因素可以促使这些磁畴随机排列，最常见和最具破坏性的是高温加热。

宏观物体虽然表面上看起来平静无常，但在微观层面上，原子却在不停地振动。振动的程度取决于它们的能量状态，而能量状态又取决于温度。温度的任何微小波动都会影响原子振动的强度，从而影响总的磁场强度。温度的降低会放大磁铁的磁力，而温度的升高会对其产生不利影响。

当磁体暴露在高温下时，磁体中的原子开始以越来越快的速度振动，并且更加疯狂。这导致一些磁畴的排列方式发生变化，导致净磁性降低。在足够高的温度下，所有磁畴的排列变得随机无序，随之磁体完全失去磁性。磁体失去永久磁性的转变温度称为居里温度。

温度与磁性

如果磁体被加热到居里温度以下的温度，然后冷却，磁体将恢复其磁性。然而，将磁体加热到居里温度以上后再冷却，磁性恢复无望。在这种情况下，需要引入外部磁场来重新排列磁畴再次磁化材料。

虽然加热是退磁的主要方法之一，但在日常生活中暴露在如此高的温度下(铁氧体磁体~ 460℃，铝镍钴磁体~ 860℃，钴磁体~ 750℃，钕磁体~ 310℃)是不常见的。磁性的自然丧失主要是其他因素导致的。

存储不当

虽然看起来微不足道，但磁铁的适当存储对于确保它们不会随着时间的推移而失去强度至关重要。

大多数磁铁都含有适量的铁，铁在氧气和水的存在下会发生氧化腐蚀。最常用和最强的永磁体，磁铁，由于其含铁量高(超过60%)，也最容易受到腐蚀。由于腐蚀改变了使材料具有磁性的潜在化学结构(铁→氧化铁)，导致磁性的损失。

钕

为了防止氧化腐蚀，增加磁铁使用时间，制造商已经开始采用防腐涂层，但在储存磁铁时仍需小心。

一块磁铁不正确地放置在另一个更强的磁体附近也会失去部分或全部磁性。不同磁体的相似磁极不应该互相接触，因为强磁体将迫使弱磁体的磁畴改变方向；在某些情况下，磁极可能会完全反转。这种由外部磁场引起的磁损耗称为磁滞损耗。

除了磁铁，日常生活中含有磁介质的物品，如信用卡、硬盘、显示器等，在保存放置时也要避免由外部磁场引起的磁损耗。

结构损坏

最后，任何结构性损坏也会导致磁场强度的降低。显然，由相同材料制成的磁铁产生的磁场取决于磁铁的大小。磁铁越大，产生的磁场就越大。结构性损伤会使磁体的尺寸减小，从而降低其磁场强度。

此外，尖锐物体的撞击，如反复敲打磁铁或掉落在坚硬的物体表面上，会迫使磁畴排列方式发生改变降低磁性。这仅适用于某些永磁体。、钐钴和铁氧体磁体非常脆，如果掉落在坚硬的表面或被反复锤打，就会发生结构性损伤。另一方面，铝镍钴磁体非常坚固，在机械应力下不会断裂或破裂。

磁铁的保存与“传承”

为了延长磁铁的寿命并防止磁力的损失，请将磁铁存放在干燥的地方。如果要把多个条形磁铁放在一起，把一个磁铁的N端贴在另一个磁铁的S端，依此类推；马蹄形磁铁也可以像这样储存。

当多种力量合力夺走你的磁铁的能量时，长期磁力的净减少是非常微小的。例如，钴磁体需要大约700年才能自然失去一半的强度，而钕磁体每100年才会失去大约5%的磁性。

所以，你可以放心，目前放在你抽屉里的磁铁将会伴随你一生，甚至可以作为传家宝传给你的孙子孙女们！