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磁铁为什么会随着时间的推移而失去磁性?

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当我把一块崭新的磁铁借给爷爷,他却拿它扔在炉子里面吸废旧铁丝时,我的心简直在滴血!这世上有许多会因为时间的流逝而变得更好的东西,酒、牛仔裤和皮夹克,以及你的退休金数额,但磁铁似乎并不是其中之一。

贴在冰箱门上的冰箱贴,过几年就会脱落;儿童画写板上的磁铁,同样会随着时间的流逝而失去强度。事实证明,即使号称是“永久磁铁”也并不能真正永久。

消磁这个过程,通常是人为的,但也会自然发生。极端的温度波动、由于机械损坏造成体积损失、存储不当、磁滞损失以及腐蚀,都会导致磁铁长期失去磁性。在了解磁铁如何失去磁性之前,我们不妨先了解一下磁性的成因。

磁力是自然的四种基本力量之一,是由带电亚原子粒子,特别是电子运动产生的。这些带负电的粒子在原子核周围不断旋转,同时也围绕着自己的轴旋转。后者的正式名称为电子自旋,是一种内在属性,主要作用于产生吸引力或排斥力,我们称之为磁力。

也许你会问:如此说来,世界上的每一块物质都包含着数以万亿计的电子,而每一个电子都是一个微小的磁铁,岂不是到处都是磁铁?可是我们看到的是,我们周围的许多物体都不具备磁性。

这是因为,大多数电子会抵消彼此的磁性。根据泡利不相容原理,在同一轨道壳层中的电子具有相反的自旋,因此会抵消彼此的磁性。而在某些元素中,如铁和钴,最后的价层只有一半被填满,并且含有未配对的电子。由于没有相反的电子来中和它们,这些未成对的电子共同赋予它们各自的原子磁性能力。

在形成晶体时,原子的磁矩可以朝同一方向排列,也可以不朝同一方向排列,这取决于产生最小内能的结果。单个磁矩相互平行的区域称为磁域。这些磁域和单个原子对外部磁场场的响应形成了各种磁性材料分类的基础。在外部磁场的作用下,当每个磁域都朝向同一个方向时,一种元素或材料就开始像永磁体一样运行。

除非其磁域精确对齐,否则磁性材料就不能称之为真正的磁性材料,。任何单一磁域方向的改变都可能导致净磁强度的损失。很多自然因素会促使这些磁域随机化,但最常见的、最具破坏性的就是过热。

虽然表面上一切似乎都很平静,但在微观层面上,原子却在不断振动。它们振动的程度取决于它们的能量状态,而能量状态又取决于它们的温度。温度的任何微小波动都会影响原子振动的强度,从而对整体磁性强度产生影响。温度降低会放大磁铁的磁力,而温度升高则会对其产生不利影响。

当暴露在高温下,磁铁内的原子开始以越来越快的速度和更加疯狂的方式振动。这就迫使一些磁域不对齐,从而导致净磁力降低。在足够高的温度下,所有的磁域被推入错位,磁力完全丧失。磁铁失去其永磁能力的温度称为居里点或居里温度。

如果磁体被加热到居里点以下的温度,然后冷却,那么尽管强度可能会略有降低,但磁铁将重新获得其磁性。然而,将磁铁加热到超过居里点后冷却,它将无法重新获得磁性。在这种情况下,需要引入外部磁场来重新调整域并再次磁化材料。

虽然高温是消磁的主要方法之一,但铁氧体磁铁需超过460°C、阿尔尼科磁铁需超过860°C、钐钴磁铁需超过750°C 、钛磁铁需超过310°C,日常生活中磁铁暴露于如此高的温度水平并不常见。所以,磁力的自然损失主要由于其他因素。

首先,是存储不当。虽然这看起来微不足道,但正确的磁铁存储是至关重要的,从而确保它们不会随着时间的推移而失去强度。同时,还要尽量避免它们损害你的信用卡、硬盘驱动器、显示器等物体。

大多数磁铁含有适量的铁,众所周知,铁元素在有氧和水的情况下会被腐蚀。最常用和最强的钕磁铁,也是最容易腐蚀的,因为它的铁含量超过60%。由于腐蚀改变了使材料具有磁性的底层化学结构,所以导致了整体强度的损失。即使现在的磁铁有些已经开始使用防腐蚀涂层,但在存储磁铁时仍需小心。

总有你不知道的事,一块磁铁不正确地放在另一块较强的磁铁附近也会失去部分或全部磁性。不同磁体的相似磁极不能相互接触或接近,因为较强的磁体会迫使较弱磁体的磁域改变方向。在某些情况下,可能发生两极完全反转。这种由于外部磁场造成的磁性损失称为磁滞损失。

同时,磁铁尺寸的减小或任何结构损坏也会导致磁性强度的下降。毕竟,相同材料组成的磁体产生的磁场取决于磁体的大小。磁体越大,产生的磁场就越大。以碎片形式出现的结构损伤将使磁体的尺寸减小,从而降低其磁强度。

此外,剧烈的冲击,例如反复敲击磁铁或将其摔在坚硬的表面上,也会迫使磁域偏离方向,降低磁性。然而,这只适用于某些永磁体。钕、钐钴和铁氧体磁铁非常脆,如果掉在坚硬的表面或被锤击就会破裂。不过,阿尔尼科磁铁非常强,在机械应力下不会断裂或开裂。

如果你想要延长磁铁的寿命,你最好把它放在一个干燥的盒子里。如果要将多个磁铁放在一起,可以将一个磁体的S极与另一个磁体的N极相连,马蹄形磁铁也可以这样储存。

即使有这么多种因素会导致磁性消退或降低,但是哪怕在很长的一段时间里,磁力的下降也是微不足道的。例如,钐钴磁铁需要700年左右的时间才能自然失去一半的强度磁力,而钕磁铁每个世纪只会失去大约5%的磁性。

所以你大可放心,现在放在你抽屉里的磁铁绝对足够你用一辈子,甚至可以作为传家宝传给你的孙子,只要你没有一个喜欢突发奇想的爷爷。

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