吸铁石为什么能吸铁(磁铁形状和图片大全)
磁铁是一种可以吸引金属(铁钴镍等)的磁石,在生活中非常常见,几乎所有的电子设备都要用到它们。
人体中是含有铁的,其中大部分以铁原子的形式存在于血红蛋白中,担负着运输氧气的职责。
既然磁铁可以吸引铁,那么你有没有想过,是否存在一块强有力的磁铁可以将血液中的铁吸走呢?
还有,我们是否可以制造出一种足够强有力的磁铁,以至于可以将身体中的每一个原子撕碎呢?
首先,磁铁为什么会吸引铁?
磁铁之所以会吸引铁,与铁具有铁磁性有关,铁磁性又称作强磁性,它是指一种材料具有自发性磁化的现象。
铁具有铁磁性,这是因为每个铁原子核外的四个未配对的电子具有量子构型,从而产生了磁场,并使得每个铁原子就像是一个微型的磁体。
这些具有磁性的铁原子,磁极将会与外部磁体(比如是一块磁铁)保持一致,当二者靠近时,由于磁极是相反的,所以会彼此吸引。
铁原子核中的质子和中子也有自己的磁场,但它们的磁场要比电子的弱的多,并且对原子的整体磁场没有明显影响。
铁还具有大约1毫米宽的由磁排列的原子组成的磁畴,如果施加足够强的磁场,所有磁畴中铁原子的磁场也将对齐。
如果磁场施加的时间足够长的话,即使外部磁场消失了,铁中的磁畴也会保持方向的一致性,这意味着铁被磁化,成了永久磁铁。
磁畴
血液中的铁原子能否被磁铁吸走
如果血液中的铁可以被磁铁吸走,那我们以前玩磁铁以及现在一直接触电子设备的话就是相当危险的。
但我们的身体并没有什么问题,这是不是说明磁铁无法吸引血液中的铁?
不是这样的,也有可能是磁力(场)太弱。
磁场强度的单位是高斯(Gs),1000高斯又等于1特斯拉(T),地球的磁场强度在0.25至0.24高斯之间。
稀土类磁铁
自然界中性能最高的磁铁是稀土类磁铁,它们一般可以产生超过1.4特斯拉(1400高斯)的磁场。
但地球上最强的磁场并不是自然界中的哪种磁铁产生的,而是"人造磁体"——电磁铁产生的。
我们知道,运动的电荷可以产生磁场,电荷的数量和带电量越多(即电流越强),产生的磁场也越强。
电磁铁
基于此原理,我们可以设计出简单的通电螺线管,而给它加根铁芯的话就是一个简易的电磁铁了。
对于电磁铁而言,一般的导线是有电阻的,这会使得通过导线的一部分能量会以热能的形式损失。
这相当于间接减小了磁场的强度,如果导线没有电阻,那样就能使磁场的强度最大化了,于是有了超导磁体。
超导磁体是一种由超导导线制成的电磁铁,由于超导导线没有电阻,因此维持磁场并不会消耗能量。
我们可能对超导磁体不是很熟悉,但它的应用你一定听说过,比如医院里的核磁共振检查,还有物理上的粒子加速器。
与我们要探讨的问题有关的是核磁共振(MRI),超导磁体可在MRI机器中产生15000至94000高斯的磁场。
将人体安置在这个巨大的磁场后,利用电磁波刺激人体,再用侦测器收集人体释放出的回波。
再经过多次复杂化刺激——回波后,便可以依据这些资料重组出具有高解析度的影像,这就是核磁共振的简单原理。
所以,当你在做核磁共振检查的时候,其实可以说是处于地球上最强大的磁场当中,但是即便是如此强的磁场,你的血液中的铁原子仍然没有被吸引。
为什么如此强的磁场也不会对人体中的铁产生影响呢?
其实,磁场的确对铁原子产生了吸引力的,但是这种吸引力被磁场对其他原子的排斥力抵消掉了。
首先,铁是人体中的微量元素,整个人体内的铁只有3.5克左右,而血液中的铁仅有2克,而且是极为分散的,这就使得引力相对而言是十分弱的。
其次,也是更主要的原因是,铁原子具有顺磁性,而水分子,氧原子等具有抗磁性,血液中水远多于铁,血红蛋白中的氧原子也多于铁原子,所以最终结果是铁不会被吸走。
贫氧的血红蛋白可能会被磁体轻微吸引,但要达到把铁原子直接从血红蛋白中吸走是不可能的。
血液中的铁不怕被磁场影响,随身带的金属物品却会在磁强中以极高速度冲撞,这是十分危险的,所以做核磁共振前一定要检查身上是否有金属物品。
宇宙最强磁体——磁星
地球上的磁场无法对人体造成影响,那么宇宙中是否存在更具威力的强大磁场呢?这个还真有,那就是中子星。
中子星是恒星演化到末期,经由引力坍缩发生超新星爆炸之后,可能成为的最终形态之一。
一颗典型的中子星质量大约是太阳的1.35倍到2.1倍,半径却只有太阳的30000到70000分之一。
由于中子星保留了母恒星大部分的角动量,而它的半径却极其的小,所以它将会以极高的速度旋转。
在高速旋转的中子星表面会形成电流,从而会产生一个磁场强度高达1亿特斯拉的超强磁场!
在某些情况下,磁场强度甚至可以达到1000亿特斯拉,这些磁场极强的中子星又被称作"磁星"。
在距磁星1000公里的范围内,其强大的磁场足以置人于死地,水分的抗磁性可把细胞组织撕碎。
对于一颗质量是太阳的1.4倍的磁星,在1000公里范围内,它的潮汐力也足以把一个人撕成两半。
如果再近一点,在几百公里的范围内,那它会把你身上的化学键一个个撕断,从而瓦解你掉的身体。
在这种时候,是氧原子还是铁原子还是水分子都已经不重要了。
最后
人类是否能制造出磁场与磁星相当的磁铁呢?
不是没有可能,但难度是相当大的,而且如何保障安全性也是需要谨慎考虑的。
一旦真的出现这种危险可控的超级磁铁,那我们的生活一定会发生重大改变。
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