磁铁：我！真的！要热死啦！ | 正经玩

开学第一周！

终于周末了！

小学二年级物理太难学了！

小编回家连夜拷打磁铁

逼它说出了量子力学的秘密

实验器材

回形针×6、磁铁（小型）、蜡烛（可选）、打火机、所标杯×2

实验步骤

安全提示：本实验务必注意用火安全，未成年人请在家长陪同下完成实验。

将一个回形针展开，弯折成如图所示的“L”形结构，作为连接单元备用。

将上一步制作的回形针连接单元与另外两个回形针相互穿插，组合成一条短链。

第三步：

重复上述操作，用六个回形针制作出两条结构对称的回形针链。

第四步：

用一块磁铁将两条回形针链连接起来，并分别悬挂在两个杯子的杯口边缘，保持平衡。

第五步：

用打火机点燃蜡烛，用火焰持续加热磁铁边缘约三十秒。受热后，磁铁逐渐丧失磁性，回形针链会从连接处断裂。

（警告：此时磁铁温度非常高，不要用手触碰磁铁！）

PS：直接使用打火机加热亦可，但请注意远离灼热的磁铁。

原理解说

磁铁为什么会被热“死”？

这一简单的现象，其背后揭示了有序排列的量子力学效应与无序运动的热力学效应之间的相互抗衡。

本实验：量子力学 VS 熊孩子

磁铁的磁性根源于电子所具有的一种内在量子力学属性——自旋。电子的自旋使其表现得像一个微小的磁铁，拥有自己的磁矩。在磁铁中，相邻电子之间存在一种强大的量子交换相互作用，这种力会促使邻近电子的自旋磁矩朝同一个方向整齐排列。因而对外显示出很强的磁性。

当磁铁被加热时，它从外界吸收了热能，电子的热运动加剧。这种剧烈的、无规则的振动会冲击和干扰磁畴内部原本整齐排列的电子自旋。当温度持续升高并达到一个特定的临界值时，原子的热运动能量将彻底压倒维持电子自旋有序排列的量子交换相互作用。

这个临界温度被称为“居里温度”或“居里点”，以法国物理学家皮埃尔·居里命名。一旦超过居里温度，所有电子的自旋方向重新变得杂乱无章，整个材料的宏观磁性也随之消失。

钕铁硼强磁铁的居里温度相对较低，通常在310-380℃之间。四氧化三铁磁铁的居里点约585°C，对于蜡烛火焰温度来讲可能更难退磁。而铁的居里温度更高，约770°C。同学们在复刻时，还可以尝试用火焰加热回形针，看看火焰的温度是否足以让回形针的铁磁性消失（可能需要更长的加热时间），这样它也不会被磁铁吸引，同样导致“回形针铁桥”断裂。

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编辑：余荫铠 & 王骁天