电磁铁铁芯换铜芯,还有磁性吗? 电磁铁的铁芯可以换成橡胶棒等材料吗,如果换成这些材料,他们还...

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还是有的,如果施加上激励的话,只不过铜芯不导磁,以至于效果如同空心线圈,因而所产生的磁力要弱很多;

铁芯有良好的导磁性,可以把线圈产生的磁力线大部分集中起来,从而形成很强的磁力;



当然有。但磁性会大幅减弱。
铜是抗磁性物质,导磁率小于1,所以通电线圈产生的磁力线会分散,不会穿过芯柱。
如果是交流电,铜芯(没有特殊处理),会产生大量涡流,而涡流产生的磁力线会抵消一部分原磁场。

磁现象的发现
早在5000年前人类就发现了磁现象的存在,到了战国时期,人们都已经积累了许多这方面的知识。磁石(主要成分是四氧化三铁)也因此被记载下来。《管子》的数篇中就写到:“山上有磁石者,其下有金铜。”
磁石
如今随着科技的发展,磁的应用也更加广泛,磁悬浮、磁共振、甚至曾被提出的“电磁炮”,并且有些司机也会拿一块磁铁放到排气管道外防止回流。但是你知道磁铁为什么具有磁性吗?你真的了解磁铁吗?曾经我就看到过这样一个问题说:有磁铁,为什么没有磁金、磁银,磁铜?
什么是磁铁?
我们常说磁铁又叫吸铁石,顾名思义就是能吸附铁的石头。最初,人们发现了一种可以吸附铁制品的天然矿石——磁铁矿(四氧化三铁),并经过大量的尝试后,发现这些石头不仅不能吸附金、银、铜等金属,也不能吸引砖瓦之类的物品,只能吸引铁制品。
后来随着磁学的发展,我们把具有吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属的特性的物质叫做磁铁,它是本身具有磁矩的物质。(因为磁矩才是一切磁现象的本源)所以说磁铁并不是铁,它只是一类物质的统称,也就别提什么磁金、磁银了。
磁铁磁场
物质的磁性
其实世间万物都有磁性,不管是我们身边的书桌板凳还是组成物质的分子原子,甚至行星都具有磁性。只是有些物质对外显磁性,有些物质对外不显磁性罢了。
谈及磁的本原问题就要从物质的本原说起,都知道物质是由分子原子组成,在原子的内部又含有原子核和大量的电子。在原子内部的这些电子会发生自旋运动和围绕原子核的轨道运动。
原子的内部结构
这里我曾经看到过这样一个例子,他把原子核比作太阳,核外电子比作绕太阳运动的行星(但是要注意的是核外电子做的是无规则运动),所以电子的自旋就好比地球的自转,电子的轨道运动就好比地球公转。
电子“自转”和“公转”都会产生磁矩(磁铁的一种物理性质),其中自旋产生的称为自旋磁矩,绕核运动产生的叫做轨道磁矩。
磁矩是一个具有方向的矢量,磁铁的磁矩方向是从磁铁的指南极指向指北极,大小则取决于磁铁的磁性与量值。
虽然说电子都是一样的,电子磁矩也应该一样,但是由于原子,分子的种类不同,甚至是原子、分子的排列顺序不同就导致了物质磁性的差别。在学术上我们按照物质的磁性特征把物质大致分为顺磁质、抗磁质、铁磁质三类,统称为磁介质。
如果在一个外磁场B中放入介质,而介质中的分子(或原子)中都存在着运动的电荷,运动电荷将受到磁力的作用而使物质处于一种特殊的状态,处于特殊状态的物质又会反过来影响磁场的分布,即磁化。受到磁化后的介质会产生一个附加磁场B',磁介质中的磁场B''为外磁场B与附加磁场B'的叠加结果。有的磁介质中的磁场要比外磁场大些,有的则比外磁场小些,实验发现对均匀磁化的磁介质,磁介质中的磁场和外磁场的关系为B''=μB,μ叫做介质的相对磁导率。
顺磁质顾名思义,这种物质会顺应磁场的变化,也就是附加磁场与外磁场同向,使磁化后介质中的磁场B''大于原磁场B,但两者大小相差很少,也就是说相对磁导率μ是比1稍大些的常数。铝、铬、锰、氮气、空气这些都是是顺磁质。
抗磁质和顺磁性物质刚好相反,抗磁质会抵抗磁场的变化,也就是说磁化后附加磁场与外磁场反向,磁化后介质中的磁场B''小于原磁场B,这两者的大小相差也很少,μ就是比1稍小些的常数。铋、铜、银、氢等是抗磁质。
铁磁质这个就厉害了,它磁化后,附加磁场与外磁场也是同向,但不同的是它可以让磁化后的磁场翻上千倍,甚至是上万倍。也就是说这种物质的相对磁导率μ远远大于1,而且这个μ还不是一个常数,它与原磁场B有关(上边两个的μ都是常数)。
一些铁磁质的相对磁导率
像铁、镍、钴这样的金属就属于是铁磁质,它们的原子结构特殊。
除此之外,铁磁质还有以下几个特点:
随着外磁场B的增加,介质内B‘’也增加,但B‘’与B不成线性关系,也就是上面说的μ不为常数。当达到饱和时,B‘’几乎不再增大,我们称之为磁饱和。铁磁质一旦磁化后再去掉外磁场,铁磁质仍保留部分磁性,这种现象称为剩磁(部分人造磁铁就是利用剩磁较大的原理)。当反向磁场强度的大小达到H。时,铁芯中的B才等于零,这时的磁场强度H。称为矫顽力。如果对铁磁质加热,当铁磁质的温度高于某个临界温度T。(铁磁相变的临界温度,称为居里点)时,它就转变成了顺磁质。后面会讲到原理
磁滞曲线——铁磁质在外磁场H下的B-H曲线图
顺磁质、抗磁质及铁磁质的磁化机制
根据上面的内容我们了解了顺磁质、抗磁质和铁磁质的根本区别,但是还是没讲为什么会这样,这里我来系统的解释一些。
磁矩是其中的关键!
上面说了原子内的核外电子会发生“自转”和“公转”,正因为电子自身的这种“自转”和“公转”,所以在原子中会同时产生两种磁矩,自旋磁矩m(自)和轨道磁矩m(轨)。加一起就是一个电子的总磁矩m总=m轨+m自
电子的自旋与磁性
那么原子(分子)中的的总磁矩就是这两种磁矩的矢量和,即m分≈∑m总= ∑m轨+∑m自
由于有的物质是由分子组成,所以加个括号!
电子的自转会使电子本身具有磁性,成为一个小小的磁铁,具有N极和S极。这里也可以类比地球,地球的自转形成了地磁场,那么电子的自转也可以形成一个电子磁场。同时电子的公转也会产生磁场,这就是好比是一个闭合的电流回路产生磁场(电流的磁效应)。这样一来原子是不是就带有了磁场呢?并不是的!
比如抗磁质,组成它的分子或原子的固有磁矩就为零。下面会介绍(补充:固有磁矩就是分子或原子的总磁矩)
如果把一种磁介质放入外磁场中,就会出现两种效应:一种是原子(分子)的固有磁矩在外磁场作用下受到力矩作用时,就会使原子(分子)的固有磁矩转向与外磁场B的方向大致相同,使得磁介质中磁场要加强,我们称之为顺磁效应。另一种是当磁介质进入外加磁场时,电子轨道运动也要产生一个附加磁矩△m,并且可以证明这个附加磁矩的方向总与外磁场B的方向相反,削弱了外磁场,我们称之为抗磁效应。
对抗磁效应的解释
这里可以发现
前者——顺磁效应是由原子(分子)的固有磁矩(总磁矩)决定的。而固有磁矩是可以为0的,为什么呢?想想看,其实电子的自旋方向是有上下两种的,在大多数物质中,具有向上自转和向下自转的电子数目几乎差不多,它们产生的自旋磁矩就会互相抵消,而且电子的轨道磁矩也会因“公转”方向不同而相互抵消,所以最后表现出来的固有磁矩只剩下很少一部分甚至为零。
后者——抗磁效应则是由电子的轨道磁矩决定的,也可以说是原子中所有电子的轨道磁矩决定的,在外磁场的作用下,这个磁矩永远不会为0,因为原子都会有电子。这就意味着不管什么介质放入磁场中都会产生抗磁效应!
对于顺磁质,它的固有磁矩并不为零,所以它内部原子(分子)的磁化就是由顺磁效应和抗磁效应共同实现的,但其中顺磁效应比抗磁效应强得多,所以总体上就显示顺磁性。
对于抗磁质,因为它的原子(分子)固有磁矩m分=0,即原子(分子)不显磁性,也就没有顺磁效应,但是当磁介质加入到外磁场中时,电子轨道运动仍要产生附加磁矩,即抗磁效应,所以总体就会显示抗磁性。那么为什么单单铁磁质可以使磁场变为原来的成千上万倍?
这就是自旋磁矩在作怪了。
刚才说了,大多数物质中电子自旋方向相反的数量差不多,就会抵消很多。但是在铁、钴、镍这样的铁磁性物质中可不是这样,因为组成这些物质的原子(分子)内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来,形成一个自发磁化区,称作磁畴(包含上千亿甚至上亿亿个原子,可以看做是一个小磁针)。比如说顺磁质本来是要在外加磁场的条件下才能实现磁化(使磁矩发生偏转以影响原磁场),现在铁磁质自发就能进行了,不过这只是一个个的小区域。
现在把铁磁质放入外磁场时,其内部的磁畴就会整整齐齐、方向一致地排列起来,使磁性大大加强。磁铁的吸铁过程也就是对铁块的磁化过程,被磁化的铁块磁筹方向和磁铁的磁场方向相同,不同极性间产生吸引力,铁块就牢牢地与磁铁“粘”在一起了。
现在也可以很好的解释为什么有的物质不显磁性,有的物质显磁性了。总体可以分为两类:
该物质本身的固有磁矩就为零,也就是说组成这个物质的原子或分子的磁性都为零,那它本身自然也就没有磁性了。物质自身的固有磁矩并不为零,比如铁,它内部有很多磁筹(小磁针),但是由于宏观物体上很多磁筹杂乱无章的排列,相互抵消也就使其本身不显磁性了。上面说的随着温度的升高,铁磁质可以变为顺磁质也是由于磁筹的作用。当温度达到居里温度时,热运动使磁矩平行排列成为不可能,破坏了电子自旋的排列,也就是自发磁化区没了,不能自发磁化了,电子的自旋也变得杂乱无章了,互相抵消就成了顺磁质那样,铁磁性就消失了。
我们回过头来再看看这句话:磁铁是本身具有磁矩的物质。所以才说磁矩是一切磁性的本原。
到目前为止,磁的这些知识点算是讲清楚了,下面讲点简单的!
永久性磁铁和非永久性磁铁
磁铁可分作“永久性磁铁”与“非永久性磁铁”。
什么叫永久磁铁?
顾名思义就是没有外加磁场下,能够长久保持自身磁性的物体。一般可以保持10年以上。在古代永久磁铁都是天然产物,又称天然磁石,但是科技发达的今天人工也可以制造永久磁铁了。
永久磁铁又可分为两大类
金属合金磁铁包括钐钴磁铁(SmCo)、铝镍钴磁铁(ALNiCO)、铁铬钴磁铁(FeCrCo)等
其中铁铬钴磁铁被称为永磁铁中的变形金刚,合金永磁可变形之最,可以拉丝(0.2-0.3mm)拉管轧带以及各种机械加工,能制成各种形状复杂的永磁元件,尤其对细小、长薄元件显示出独有的特性。最薄的带材可以达到0.05mm,最细的丝材可以加工成到0.1mm。
铁氧体永磁铁钕铁硼磁铁(Nd2Fe14B)、钐钴(SmCo)、铝镍钴磁铁等
古代最先发现的磁石(四氧化三铁)也属于铁氧体永磁铁。
目前最为广泛应用的就是钕铁硼磁铁和铁氧体永磁铁!
钕铁硼强磁
什么叫做非永久性磁铁?
非永久性磁铁是指只有在某些条件下会有磁性的磁铁,一般是为电磁铁,也就是利用电流来强化磁场产生的磁铁。
圆盘形电磁铁,通电后可吸80千克
世界上最强的磁铁
目前世界上最强的磁铁就是稀土类磁铁,其中钕铁硼磁铁被称为“磁王”,能吸起相当于自身重量640倍的重物。到底有多强,我就直接上图了。
哑铃片一下三块,还不会掉
小小的两块合到一起,实验人员用了老大劲才拿开
直接把自己干碎了
钕铁硼永磁材料由于其优异的磁性能和较高的性价比,自问世以来,就广泛应用于航空航天,电子,机电,仪器仪表,医疗等领域。而且非技术领域使用也越来越广泛,如吸附磁铁,玩具,首饰等。迅速成为稀土永磁市场中的主导者,其产值占据世界稀土永磁材料产值的90%。
虽说钕铁硼磁铁是“磁王”,但是在200摄氏度以上的环境中,钐钴才是最强力的磁铁。所以说选用磁铁还要根据条件来选用。
最后,希望这篇4000字的文章可以让大家真正的了解磁的本质,不懂得可以在下方留言哦!
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电磁铁的磁力源于线圈,线圈通电后产生磁场,因此,线圈是绕在铁芯上还是绕在铜芯上,线圈通电后还是一样会出现“磁性”。但是,电磁铁的“铁芯”换成“铜芯”后,首先是通电后的磁场对“铜芯”没有任何反应;其二,当电磁铁通过交流电流时,电磁铁线圈呈现不同的阻抗,直接影响通过线圈的电流大小,同样的线圈、加上同样的交变电压,“铁芯”换成“铜芯”后,流过该线圈的电流会大大增加,可能导致“短路”发生。因此,原来使用铁芯的电磁铁,不能够换成“铜芯”。

换成铜或铝不行,电磁铁在得copy电时,电变磁,可以吸铁材料,不会吸铜或2113铝。
电磁铁中的铁芯有以下特点:
1、材料为硅5261钢片,具有较强的导磁4102性能。
2、由多片硅钢片叠压而成,每片为0.3~0.5mm厚,以减少导磁损失。
而铜或者铝1653没有上述性能,所以不能代用。

内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。当在通电螺线管内部插入铁芯后,铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体,这样由于两个磁场互相叠加,从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强,通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反,一边顺时针,另一边必须逆时针。如果绕向相同,两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消,使铁芯不显磁性。另外,电磁铁的铁芯用软铁制做,而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后,将长期保持磁性而不能退磁,则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制,而失去电磁铁应有的优点

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