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关于磁铁的知识你知道多少?

发布时间:2015-12-14 阅读:3663
磁铁的磁性
  磁铁能够产生磁场,吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属。将条形磁铁的中点用细线悬挂起来,静止的时候,它的两端会各指向地球南方和北方,指向北方的一端称为指北极或N极,指向南方的一端为指南极或S极。如果将地球想成一块大磁铁,则目前地球的地磁北极是指南极,地磁南极则是指北极。磁铁与磁铁之间,同极相排斥、异极相吸引。所以,指南针与南极相排斥,指北针与北极相排斥,而指南针与指北针则相吸引。
  磁铁的分类
  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)。[1]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。
  磁铁不是人发明的,是天然的磁铁矿。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。最早发现及使用磁铁的应该是中国人,也就是“指南针”,是中国四大发明之一。
  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。
  近代发展
  1822年,法国物理学家阿拉戈和吕萨克发现,当电流通过其中有铁块的绕线时,它能使绕线中的铁块磁化。这实际上是电磁铁原理的最初发现。1823年,斯特金也做了一次类似的实验:他在一根并非是磁铁棒的U型铁棒上绕了18圈铜裸线,当铜线与伏打电池接通时,绕在U型铁棒上的铜线圈即产生了密集的磁场,这样就使U型铁棒变成了一块“电磁铁”。这种电磁铁上的磁能要比永磁能放大多倍,它能吸起比它重20倍的铁块,而当电源切断后,U型铁棒就什么铁块也吸不住,重新成为一根普通的铁棒。斯特金的电磁铁发明,使人们看到了把电能转化为磁能的光明前景,这一发明很快在英国、美国以及西欧一些沿海国家传播开来。1829年,美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新,绝缘导线代替裸铜导线,因此不必担心被铜导线过分靠近而短路。由于导线有了绝缘层,就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起,由于线圈越密集,产生的磁场就越强,这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。到了1831年,亨利试制出了一块更新的电磁铁,虽然它的体积并不大,但它能吸起1吨重的铁块。电磁铁的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。
  发展历程
  5000年前人类发现天然磁铁(Fe3O4)
  2300年前中国人将天然磁铁磨成勺型放在光滑的平面上,在地磁的作用下,勺柄指南,曰“司南”此即世界上第一个指南仪。
  1000年前中国人用磁铁与铁针摩擦磁化,制成世界最早的指南针。
  1100年左右中国将磁铁针和方位盘联成一体,成为磁铁式指南仪,用于航海。
  1405-1432郑和凭指南仪开始人类历史上航海的伟大创举。
  1488-1521哥伦布,伽马,麦哲伦凭借由中国传来的指南仪进行了闻名全球的航海发现。
  1600英国人威廉.吉伯发表了关于磁的专著“磁铁”,重复和发展了前人有关磁的认识和实验。
  1785法国物理学家C.库仑用扭枰建立了描述电荷与磁极间作用力的“库仑定律”。
  1820丹麦物理学家H.C.奥斯特发现电流感生磁力。
  1831英国物理学家M.法拉第发现电磁感应现象。
  1873英国物理学家J.C.麦克斯韦在其专著“论电和磁”中完成了统一的电磁理论。
  1898-1899法国物理学家P.居里发现铁磁性物质在特定温度下(居里温度)变为顺磁性的现象。
  1905法国物理学家P.I.郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。
  1907法国物理学家P.E.外斯提出分子场理论,扩展了郎之万的理论。
  1921奥地利物理学家W.泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位。美国物理学家A.康普顿提出电子也具有自旋相应的磁矩。
  1928英国物理学家P.A.M.狄拉克用相对论量子力学完美地解释了电子的内禀自旋和磁矩。并与德国物理学家W.海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在,奠定了现代磁学的基础。
  1936苏联物理学家郎道完成了巨著“理论物理学教程”,其中包含全面而精彩地论述现代电磁学和铁磁学的篇章。
  1936-1948法国物理学家L.奈耳提出反铁磁性和亚铁磁性的概念和理论,并在随后多年的研究中深化了对物质磁性的认识。
  1967旅美奥地利物理学家K.J.斯奈特在量子磁学的指导下发现了磁能积空前高的稀土磁铁(SmCo5),从而揭开了永磁材料发展的新篇章。
  1967年,美国Dayton大学的Strnat等,研制成钐钴磁铁,标志着稀土磁铁时代的到来。
  1974第二代稀土永磁-Sm2Co17问世。
  1982第三代稀土永磁-Nd2Fe14B问世。
  1990原子间隙磁铁-Sm-Fe-N问世。
  1991德国物理学家E.F.克内勒提出了双相复合磁铁交换作用的理论基础,指出了纳米晶磁铁的发展前景。
  随着社会的发展,磁铁的应用也越来越广泛,从高科技产品到最简单的包装磁,
  目前应用最为广泛的还是钕铁硼磁铁和铁氧体磁铁。
  从磁铁的发展历史来看,十九世纪末二十世纪初,人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料。
  三十年代
  二十世纪三十年代末,铝镍钴磁铁开发成功,才使磁铁的大规模应用成为可能。
  五十年代
  五十年代,钡铁氧体磁铁的出现,既降低了永磁体成本,又将永磁材料的应用范围拓宽到高频领域。
  六十年代
  到六十年代,钐钴永磁的出现,则为磁铁的应用开辟了一个新时代。1967年,美国Dayton大学的Strnat等,研制成钐钴磁铁,标志着稀土磁铁时代的到来。迄今为止,稀土永磁已经历第一代SmCo5,第二代沉淀硬化型Sm2Co17,发展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。目前铁氧体磁铁仍然是用量最大的永磁材料,但钕铁硼磁铁的产值已大大超过铁氧体永磁材料,钕铁硼磁铁的生产已发展成一大产业。