李大爷今年春节过得有些“跌宕起伏”。他本想图一个好彩头,给老伴买件黄金首饰。但当他悄悄地掏出一块磁铁,想试试营业员拿出来的各种小老虎金吊坠是不是真黄金的时候,那金吊坠竟然“被磁铁吸动了”。专家说,店方的黄金纯度没有问题,李大爷的磁铁之所以既能吸铁也能吸得动黄金,大概是因为楞次定律。
磁铁为何能吸住铁
磁铁之所以能吸住铁,是因为磁铁有磁场。而磁场有两个磁极,一端为北极(N极),一端为南极(S极)。当两块磁铁相互靠近时,就会产生同性磁极相互排斥(同性相斥)、异性磁极相互吸引(异性相吸)的现象。
普通的铁中有许多具备两个异性磁极的原磁体。在无外磁场作用时,这些原磁体排列紊乱,磁性相互抵消,对外不显示磁性。当磁铁靠近铁时,铁中的原磁体会在磁铁的外加磁场作用下整齐地排列起来,使靠近磁铁的一端具有与磁铁极性相反的极性,从而相互吸引。
也就是说,磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程。不仅是天然磁铁,电磁铁(因通电产生电磁)也会产生同样的现象。当电流产生的磁场磁化别的物体,磁化物体产生电场,电场互相作用产生力的作用,使得电磁电也能吸住铁。但,磁铁为什么就吸不住黄金呢?
磁铁为何不吸黄金
能被磁化的物质称为磁性材料,铁、钴、镍都是能被磁化的磁性材料,所以磁铁不仅能吸铁,还能吸钴、镍,或者钴、镍合金等,甚至还能吸住通电导线这类可以产生磁场的物质。但是金、银、铜、铝不是磁性材料,无法被磁化,也就不会被磁铁吸引。
其中,铝原子之中存在着一个未成对的电子,在外加磁场的作用下,铝原子会顺着外加磁场线的方向排列,从而表现出顺磁性,顺磁性物质本身是非磁性的。而铜之所以不能被磁化,是因为铜原子的电子壳层是充满的,当它受到外部磁场作用时,会产生电子环流,使得自身的磁性与外磁场方向相反,从而表现出抗磁性。
黄金是化学元素金的单质形式,金也是一种抗磁性金属,不会被磁铁吸住。所以李大爷才带了块磁铁去买黄金首饰。但他忘记了,金虽然不能被磁铁吸住,但黄金毕竟是金属,并且是电的良导体。
动起来的楞次定律
李大爷拿着磁铁靠近空悬的金吊坠时,开始并没有吸上。但当他手里的磁铁来回晃动时,金吊坠也随之摆动,好像是被隔空吸住了一样。这就涉及一条电磁学定律:楞次定律。
楞次定律,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的原因,也就是物体的运动磁场会对引起磁场的原因产生阻碍。它有个非常好记的口诀“来拒去留”。由于磁铁的靠近,越来越多的“磁感线”穿过了金吊坠,在金吊坠内部激发了“环形感应电流”。这个环形感应电流就会形成一个新的磁场,并且磁极方向刚好与大爷手上磁铁的磁极方向相反,所以磁铁会把金吊坠推开,也就是“拒”。远离时,金吊坠的环形感应电流方向倒转,形成的感应磁场方向也倒转,所以运动磁场又会开始吸引金吊坠,也就是“留”。并且金吊坠和磁铁相对运动速度越快,环形感应电流越大,环形电流产生的磁感应强度越强,“拒”和“留”的现象会更加明显。
一开始双方没能吸上,是因为磁铁相对金吊坠静止时,金吊坠的内部没有感应电流。而当磁铁不断地远离和靠近金吊坠时,因为楞次定律不停在“来拒去留”,看上去就像是被吸得动了起来一样,其实不过是一种电磁感应罢了。(本报综合)