Какие металлы кроме железа обладают магнитными свойствами

Возможность магнита притягивать к себе различные металлические предметы наверняка хорошо знакома каждому. Присутствие их в повседневной жизни остается практически незамеченным, например, в виде различных изображений на дверцах холодильника. Не говоря уже о применении магнитов в медицине и других отраслях. Как устроен магнит и какие вещества он притягивает, помимо железа?

Что такое магнит и как он устроен?

Магнит – это тело, которое обладает собственным магнитным полем. Магниты бывают нескольких видов:

1. Постоянные – изделия, которые после однократного намагничивания сохраняют данное свойство. Магниты разделяются на несколько подвидов в зависимости от силы и других параметров.

2. Временные – функционируют по принципу постоянных, но лишь тогда, когда располагаются в сильном магнитном поле. Например, изделия из так называемого мягкого железа (гвозди, скрепки и т.п.).

3. Электромагниты представляют собой провода, плотно намотанные на каркас. Как правило, такое устройство оснащено железным сердечником. Работает оно лишь при условии прохождения по проводу электрического тока.

Постоянный магнит – наиболее привычный и распространенный. Для его изготовления чаще всего используют следующие сочетания материалов:

• неодим-железо-бор;
• альнико или сплав ЮНДК (железо, алюминий, никель, кобальт);
• самарий-кобальт;
• ферриты (соединения оксидов железа и других металлов-ферримагнетиков).

Магнетизм

Любой магнит имеет южный и северный полюс. Одинаковые полюса отталкиваются, а противоположные – притягиваются.

Интересный факт: магниты зачастую изготавливаются в виде подковы. Это делается для того, чтобы полюса располагались максимально близко друг к другу. Таким образом, создается сильное магнитное поле, которое способно притягивать более крупные части металла.

Почему магнит притягивает лишь определенные вещества?

Принцип его работы построен на создании магнитного поля при помощи движущихся электронов. В целом электрон является простейшим магнитом. А любая заряженная частица, находящаяся в движении, образует магнитное поле. Если движущихся частиц много, а их перемещение происходит вокруг одной оси, получается тело с магнитными свойствами.

Почему в таком случае магнит не притягивает все вещества подряд? В состав атома входит ядро, а также электроны, вращающиеся вокруг него. У электронов есть специальные уровни, по которым они вращаются, или орбиты. На каждом таком уровне расположено по 2 электрона. Причем вращаются они в разных направлениях.

Однако есть вещества под названием ферромагнетики. Некоторые электроны у них непарные. Соответственно, определенное их количество может вращаться в одном и том же направлении. Так создается магнитное поле вокруг каждого атома вещества.

Обычно атомы находятся в произвольном порядке. В таком случае поля уравновешивают друг друга. Но если же направить магнитные поля всех атомов в одном направлении, получается магнит. Примечательно, что притягиваться могут разные металлы и другие вещества, но намного слабее по сравнению с ферромагнетиками. Чтобы ощутить притяжение, необходимо задействовать очень сильный магнит.

Направление магнитного поля

К ферромагнетикам относятся такие металлы, как железо, кобальт, никель, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий. Также аналогичными свойствами характеризуются некоторые металлические сплавы и соединения. Количество ферромагнетиков неметаллического происхождения не так велико или пока мало изучено. К ним относится, например, оксид хрома.

Магнитной восприимчивостью характеризуются вещества (преимущественно металлы), которые обладают определенной структурой. Их называют ферромагнетиками – это вещества, у которых магнитные поля атомов складываются в одном направлении. Помимо железа, к ферромагнетикам относятся кобальт, никель, тербий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий. Также магнит притягивает некоторые сплавы и даже неметаллические вещества – например, оксид хрома.

Вадим Хромов

Магниты — это материалы, которые создают магнитные поля, которые привлекают определенные металлы. У каждого магнита есть северный и южный полюс. Обратные полюса привлекают, в то время как полюса отталкиваются.

В то время как большинство магнитов изготовлены из металлов и металлических сплавов, ученые разработали способы создания магнитов из композиционных материалов, таких как магнитные полимеры.

Что создает магнетизм?

Магнетизм в металлах создается неравномерным распределением электронов в атомах некоторых металлических элементов.

Неравномерное вращение и движение, вызванные этим неравномерным распределением электронов, сдвигают заряд внутри атома назад и вперед, создавая магнитные диполи.

Когда магнитные диполи выравниваются, они создают магнитный домен, локализованную магнитную область с северным и южным полюсами.

В немагнитных материалах магнитные домены сталкиваются в разных направлениях, отменяя друг друга. В то время как в намагниченных материалах большинство этих доменов выровнены, указывая в том же направлении, что создает магнитное поле. Чем больше областей, которые выравнивают друг друга, тем сильнее магнитная сила.

Типы магнитов:

• Постоянные магниты (также известные как жесткие магниты) — это те, которые постоянно производят магнитное поле. Это магнитное поле вызвано ферромагнетизмом и является самой сильной формой магнетизма.
• Временные магниты (также известные как мягкие магниты) являются магнитными только при наличии магнитного поля.
• Электромагниты требуют, чтобы электрический ток проходил через их провода катушки, чтобы создать магнитное поле.

Развитие магнитов:

Греческие, индийские и китайские писатели задокументировали базовые знания о магнетизме более 2000 лет назад. Большая часть этого понимания была основана на наблюдении за влиянием магния (естественного магнитного минерала железа) на железо.

Ранние исследования магнетизма были проведены еще в XVI веке, однако развитие современных высокопрочных магнитов происходило не раньше 20-го века.

До 1940 года постоянные магниты использовались только в базовых приложениях, таких как компасы и электрические генераторы, называемые магнитосами. Разработка магнитов из алюминия и никеля-кобальта (Alnico) позволила постоянным магнитам заменить электромагниты в двигателях, генераторах и громкоговорителях.

Создание магнитов самария-кобальта (SmCo) в 1970-х годах создало магниты с вдвое большей магнитной плотностью энергии, чем любой ранее доступный магнит. Меньше более мощные магниты способствовали развитию многих известных нам электронных устройств.

К началу 1980-х годов дальнейшие исследования магнитных свойств редкоземельных элементов привели к открытию магнитов неодима и железа-бора (NdFeB).Магниты NdFeB снова привели к удвоению магнитной энергии над магнитами SmCo.

Магниты из редкой земли теперь используются во всем: от наручных часов и iPad до гибридных двигателей автомобилей и ветрогенераторов.

Магнетизм и температура:

Металлы и другие материалы имеют разные магнитные фазы, в зависимости от температуры окружающей среды, в которой они расположены. В результате металл может проявлять более одной формы магнетизма.

Железо, например, теряет свой магнетизм, становясь парамагнитным при нагревании выше 1418 ° F (770 ° C).

Температура, при которой металл теряет магнитную силу, называется ее температурой Кюри.

Железо, кобальт и никель — единственные элементы, которые в металлической форме имеют температуры Кюри выше комнатной температуры. Таким образом, все магнитные материалы должны содержать один из этих элементов.

Общие ферромагнитные металлы и их температуры кюри:

Источники:
How Stuff Works, Inc. Как работают магниты.
// science. Как это работает. ком / magnet1. HTM
Wikipedia. Температура Кюри.
// ru. википедия. орг / вики / Curie_temperature

Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску. Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся.

Научная точка зрения

Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:

• Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра – орбитальные.
• Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси — спиновые.

Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты — к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы – к ферромагнетикам.

Парамагнетики и ферромагнетики

Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными.

Ферромагнетики — небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.

Диамагнетики

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Распределение парамагнетиков и диамагнетиков в периодической системе элементов Менделеева

Магнитные свойства простых веществ периодично изменяются с увеличением порядкового номера элемента.

Вещества, не притягивающиеся к магнитам (диамагнетики), располагаются преимущественно в коротких периодах – 1, 2, 3. Какие металлы не магнитятся? Это литий и бериллий, а натрий, магний и алюминий уже относят к парамагнетикам.

Вещества, притягивающиеся к магнитам (парамагнетики), расположены преимущественно в длинных периодах периодической системы Менделеева – 4, 5, 6, 7.

Однако последние 8 элементов в каждом длинном периоде также являются диамагнетиками.

Кроме того, выделяют три элемента – углерод, кислород и олово, магнитные свойства которых различны у разных аллотропных модификаций.

К тому же называют еще 25 химических элементов, магнитные свойства которых установить не удалось вследствие их радиоактивности и быстрого распада или сложности синтеза.

Магнитные свойства лантаноидов и актиноидов (все они являются металлами) меняются незакономерно. Среди них есть и пара- и диамагнетики.

Выделяют особые магнитоупорядоченные вещества – хром, марганец, железо, кобальт, никель, свойства которых изменяются незакономерно.

Какие металлы не магнитятся: список

Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.

Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.

Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.

Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:

• парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
• диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.

В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные – не притягиваются.

Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся.

Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.