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為什麼有的磁鐵磁場強

生活 更新时间:2024-07-17 02:28:38

雖然磁鐵隻能吸引少部分的金屬,但是它的這種“隔空取物”的神奇本領也足夠令人着迷,相信大家都沒少玩過。假如你是一個磁鐵的“資深玩家”,你就會發現如果把磁鐵放上火上,那麼磁鐵被火烤一會就消磁了,在這種情況下,磁鐵就吸引不了任何的金屬,這是怎麼回事呢?

為什麼有的磁鐵磁場強(磁鐵在450度時就消磁了)1

答案就在磁鐵的微觀結構裡,構成磁鐵的每一個原子都有一個微小的磁場,這被稱為“微磁”,在正常情況下,磁鐵内部的絕大部分“微磁”都是沿着同一個方向整整齊齊地排列着,因此它們就可以疊加成一個較大的磁場,從而對外表現出磁性。

溫度其實就是指物體内部微觀粒子熱運動的激烈程度,當我們把磁鐵放在火上烤的時候,磁鐵内部原子的熱運動就會随着溫度的升高而越來越激烈,“微磁”的方向也會跟着改變,當溫度升高到一個臨界值的時候,這些“微磁”就會變得非常混亂,這會導緻它們的磁場相互抵消,從而不再對外表現出磁性。這個臨界值被稱為“居裡溫度”,根據測定,我們常見的磁鐵(鐵氧體磁鐵)的“居裡溫度”為450度(攝氏度,下同)。

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我們都知道,地球的核心也會像磁鐵一樣産生磁場,正是因為有了這個磁場的保護,我們賴以為生的大氣層才不會遭到太陽風的破壞。然而科學家卻告訴我們,地核的溫度極高,可以達到6千度,這就有點奇怪了,磁鐵在450度時就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場呢?

很明顯,在高達6千度的溫度下,所有的磁鐵都會消磁,因此我們可以确定,地核并不是一塊大磁鐵,它的磁場肯定是由另外的機制産生的,那具體是什麼機制呢?

為什麼有的磁鐵磁場強(磁鐵在450度時就消磁了)3

在過去的日子裡,科學家為了解釋地球磁場的成因,提出了很多種假說,但随着人們對地核了解的深入,很多假說都被否定了,在剩下的為數不多的假說裡,目前認同度較高的是“發電機假說”,下面我們就來了解一下。

地核占地球總質量的16%,半徑約為3470公裡(和火星差不多大),主要由鐵、鎳這兩種元素構成,地核由外核、過渡層和内核三個層次組成,其中外核的物質因為高溫高壓而表現出類似液體的性質,而内核則因為更高的壓力以固體的形式存在,在它們之間就是過渡層。

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該理論假設地核在某一時刻擁有一個微弱的磁場,這被稱為“種子磁場”,并認為在高溫高壓的環境下,外核中處于熔融狀态的物質擁有絕佳的導電性能,可以将其視為一個巨大的“封閉線圈”。

該理論認為,由于外核是可以像液體一樣流動的,因此這裡的物質就會産生對流,與此同時,它們還會因為受到地球自轉産生的“科裡奧利力”而發生運動。我們先來簡單了解一下什麼是“科裡奧利力”。

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地球上的每個質點都會因為地球的自轉而具備一個線速度,但不同質點的線速度卻不相同,比如說距離地心越近的質點,其線速度就越慢。所謂的“科裡奧利力”,就是描述的旋轉體系中的某個質點的線速度,相對于整個旋轉體系的線速度的偏移,這種“力”其實就是慣性的體現。

當外核中的物質由于上述原因在這個“種子磁場”中運動的時候,就會切割這個“種子磁場”的磁力線,從而産生感應電流,産生的電流會使“種子磁場”增強,而增強的磁場會反過來讓外核中的感應電流增強,然後增強的電流又會讓“種子磁場”進一步增強……

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在這種正反饋機制的作用下,“種子磁場”就變得越來越強大,當它最終達到穩定狀态的時候,就形成了現在的地球磁場。那麼問題又來了,地核的這個“種子磁場”又是哪裡來的呢?

研究者認為,地核溫度高達6千度,并且承受着360萬個大氣壓的巨大壓力,在這種環境下,地核中的因為高溫而産生的自由電子,就會具有向壓力較低的地幔擴散的趨勢,于是就産生了電荷(地核帶正電荷、緊挨着地核的地幔帶負電荷),這些電荷會随着外核的運動而形成電流,而“種子磁場”就是因此而産生。

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除此之外還有一種可能,正如前面提到的,外核可以視為一個巨大的“封閉線圈”,因此當地球圍繞太陽公轉的時候,這個“封閉線圈”就可能會因為受到太陽磁場的影響而産生一定強度的感應電流,從而形成一個微弱的磁場。

需要說明的是,雖然上述觀點可以較好地解釋地球磁場的成因,但是目前并沒有得到最終的證實,盡管如此,我們還是可以看到,之所以磁鐵在450度時就消磁了,而地核溫度高達6千度卻還有磁場,其實是因為這兩種磁場的産生機制完全不同。


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