磁铁看着简单得很:往冰箱上一贴就不掉,一靠近回形针就吸过来,碰到某些金属表面立刻黏住。可你拿它去贴铝箔、铜币或者易拉罐,什么都不会发生。凭什么有的金属吸得住,有的完全不理它?
答案藏在材料内部那些极小的粒子里。
磁铁有看不见的磁场
每块磁铁都在自己周围撑起一个看不见的磁场。你看不到磁场本身,但你看得到它干的事:把某些东西拽过来,或者让另一块磁铁自己转个方向。磁场在磁铁的两极附近最强,也就是我们平时说的南极和北极。
异极相吸,同极相斥。所以同一块磁铁,一面能把另一块拉过来,翻过来就把它推开。
并非所有金属都有磁性
很多人默认金属就该有磁性,其实不是。铁的磁性很强,钢因为含铁通常也吸得住,镍和钴同样有磁性。但一大堆常见金属对普通磁铁毫无反应:铝、铜、金、银、黄铜,贴上去就掉。它们当然还是金属,只是没有那种磁性行为。
微小的磁性区域
有磁性的材料内部有一片片极小的区域,叫磁畴。你可以把它们想成一大群小箭头,每个箭头都指着某个磁性方向。在一块普通的铁里,这些箭头朝哪儿的都有,效果互相抵掉了一大半。
磁铁一靠近,情况就变了:大量磁畴开始转向同一边。等排好队的箭头足够多,这块材料就被磁铁吸住了。回形针能挂在磁铁上,就是因为磁铁把它内部那些小箭头理成了一列。
铜为什么不粘磁铁?
铜里当然也有电子,可它那些微小的磁效应没法像铁那样整齐地排起队。铜的内部结构不支持它变成一块强磁性的东西。所以冰箱贴在铜上待不住。铝、金和很多别的金属也是同一个道理:结构不对,吸力就出不来。
钢怎么样?
钢主要是铁跟其他元素混出来的,常见的搭配里有碳。因为含铁,很多种钢都吸得住磁铁。但钢和钢也不一样,有些不锈钢的磁性弱得几乎测不出来,因为它们的内部结构不同。所以你会碰到这种情况:两个看起来都是钢的东西,磁铁在一个上面牢牢吸住,在另一个上面直接滑下来。
磁铁有用是因为它们有选择性
磁铁挑食这件事其实非常有用。回收站靠磁铁把铁和钢从一堆材料里捞出来,电动机靠磁性产生转动,扬声器靠磁铁把电信号变成声音,指南针靠地球的磁场替你找到北。磁性不只是冰箱上那点小把戏,它撑着很多机器的运转。
核心思想
磁铁能吸住某些金属,是因为那些金属内部有能跟磁场对齐的微小磁性区域。铁、钢、镍和钴被吸得很牢。铜和铝不行,它们的内部结构排不出那种队。
