简单百科
磁铁

磁铁

磁铁(magnet)由铁、钴、等原子组成，又称为四氧化三铁和慈石，主要分为天然和人造两大类，人造磁铁又分为永久磁铁和临时磁铁两种，也可以按照磁性分为永久磁铁、临时磁铁和电磁铁三类，其中永久磁铁包括陶瓷或铁氧体、铝镍钴、钐钴、钕铁硼钕铁硼四种，电磁铁则由缠绕在铁制金属芯上的线圈组成。，磁铁两端为磁极，本身就具有磁矩和磁性，能够产生磁场，具有吸附铁磁性物质的能力，磁铁还可以进行磁化和退磁，使得铁磁性材料得到磁性和失去磁性。

天然磁铁主要成分为四氧化三铁，化学式Fe3O4，是一种具有磁性的黑色晶体，不溶于水，能够与酸反应，不溶于碱。磁铁很早就被人所发现，在2300年前中国制造了世界上第一个指南仪，经过发展人们制造出了铁硼磁铁和钐钴磁铁等人造磁铁，磁铁也以为能够产生磁场和吸引铁磁性材料的特性而被广泛应用，其可以作为化学实验和医学中实施中心静脉穿刺置管术的辅助用品，也可以作为理疗产品和工业中电动机和涡轮机的主要部分。

主要特性

物化性质

磁铁是一种主要由铁、钴、镍等金属原子组成的固态混合物，分为天然和人造两大类。人造磁铁通常用金属合金制成，具有强磁性。天然磁铁主要成分为四氧化三铁，化学式Fe3O4，常称“磁性氧化铁”，是一种具有磁性的黑色晶体，由氧化亚铁和氧化铁组成，四氧化三铁的晶体里存在着两种不同价态的离子，其中三分之一是Fe2+，三分之二是Fe3+，是一种复杂的化合物，其不溶于水，能够与酸反应，不溶于碱。

结构特征

磁铁具有磁性，当磁铁浸入铁屑中时，我们可以观察到铁屑粘附在磁铁的末端，这是因为磁铁末端的吸引力最大，这些末端被称为磁铁的极点。磁极总是成对存在的，当磁铁被切成两部分时，两块都将具有北极和南极。并且每当磁铁自由悬浮在半空中时，它总是指向南北方向。指向地理北方的极点称为北极，指向地理南方的极点称为南极。具有不同类型极点的磁铁，如果拉近，就会有吸引力。同时，对于具有相同类型磁极的磁铁，如果靠近，将产生排斥力。当两个磁铁之间的距离较小时，这两个磁铁之间的磁力更大。

磁铁的分类

来源

磁铁按照来源可分为两类天然磁铁和人造磁铁，天然磁铁指无需人工干预而自然过程形成的磁铁；人造磁铁是指人类使用含有磁性元素的物体制成的磁铁，自制磁铁又分为两种，分为永久磁铁和临时磁铁。磁铁也可以根据其形状进行简单分类，主要分为U形，圆柱形，棒形，针形，芯片形和马蹄形等。

磁性

永久磁铁

是指一旦被磁化就不会失去磁性，其可以是天然产物，又称天然磁石，也可以由人工制造，可进一步分为陶瓷或铁氧体、铝镍钴、钐钴、钕铁硼四种。铝镍钴合金（Alnico）为铁合金，其组成除铁以外，还包括铝、镍、钴和少量其他能够增强磁性能的成分。例如Alnico-6的成分除铁以外，还包括8%铝、16%镍、24%钴、3%铜、1%钛。钐钴磁铁是一种稀土磁铁，是由钐、钴和其它金属稀土材料经配比制成的一种磁铁，钐钴磁铁有两种组成比，分别为(钐原子：钴原子)1:5和2:17。钕铁硼磁铁一般含钕33%，其最大能量积几乎是传统Sm-Co（钐钴）磁铁的两倍。

临时磁铁

则是指在磁场存在下能够被磁化，从而具有磁性，但当磁场被移除时，便会失去磁性的材料，铁钉和回形针就是是临时磁铁的典型例子。

电磁铁

电磁铁由缠绕在铁制金属芯上的线圈组成，当这种材料暴露在电流下时，会产生磁场，使材料表现得像磁铁一样，并且这种磁铁的磁场的强度可以通过控制电流来控制。其磁场分布和磁铁造成的磁场相当类似，而磁铁的方向可以依照右手定则决定。电磁铁产生的磁场和磁矩和螺线管圈数、截面积及其上面流过的电流乘积成正比。

一些磁铁在自然界中自然存在，例如磁石。还可以进行磁化使得金属成为磁铁，可以将它们加热到居里点或更高，使得铁磁性金属获得磁性，当加热温度达到给定温度可以使铁磁性金属成为临时磁铁，当加热超过给定温度则可以使铁磁性金属永久磁化。铁磁材料也可以分为软金属和硬金属。软金属在被磁化后会随着时间的推移失去磁场，而硬金属可以经磁化后成为永磁体。

使磁铁丧失磁性的方法大致分为三种，一是将磁铁暴露在极端温度下，二是将磁铁进行锤击以减弱或消除磁铁的磁性，也可以用一块磁铁和另一块磁铁二者间摩擦，也会降低磁铁的磁强度。

磁场由永磁铁产生，也可由通电流的导线产生，磁场大小与电磁铁的圈数成正比，磁感应强度则为

磁体中单位面积通过的磁力线数。

应用领域

医学应用

中心静脉穿刺置管术在医药是一种能够快速抢救危重患者的重要手段，但在放置锁骨下静脉导管时，导管误入同侧颈内静脉是也是常见的并发症之一，可以使用体外磁铁引导导管的放入，以保证中心静脉穿刺置管术的成功率。

食品保健

食品饮料行业罐头包装使用易开盖材料，在按装盖子时为达到无菌操作的条件，可以采用在输送框架上安装有磁铁的导磁条，使得盖子可以被会吸附在输送带上随输送带同步运动，从而达到无菌操作的条件。磁铁还可以做成一些饰品进行佩戴，从而达到理疗的效果，例如可以做成磁项链、磁环等，它即有治疗肩上肌肉因疲劳而产生的僵硬等作用，同时也可以作为珠宝装饰。

工业应用

随着磁与电之间关系的发现，磁铁现在被作为电动机和涡轮机的主要部分，磁铁也被用于存储计算机数据，例如制为固态驱动器的驱动器，可以更好的将数据保存在计算机上。

指南针

中国在很早就发现磁针指南的现象，随后便发明了司南酌、盘针和指南鱼等工具，指南针在唐朝被用于堪舆，查测相墓相宅的风水，后被用于海上航行。

发展历史

发现历程

磁铁在古代就被人所认识，古代人们发现在自然界有一种被磁化的铁矿石，能够吸引铁制品。中古英语磁铁的英文名来自盎格鲁法语和来自拉丁语，而magnes，则来自希腊语magnēs（lithos），字面意思是小亚细亚半岛古城镁质石，悬吊著的天然磁石就是最早的指南针，已知最早记载磁铁及其性质的文献出现在二千五百年前，古罗马作家老普林尼在《自然志》就已经开始记载天然磁石及其可以吸收铁的特性。在中国文献中将磁铁称为“慈石”，最早记载见于《梦溪笔谈》《抱朴子》等，在2300年前中国制造了世界上第一个指南仪。

开采历史

经过发展，在18世纪出现了人造的磁铁，当时人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料，直到20世纪20年代人们才制造出更强磁性材料铝镍钴，20世纪50年代制造出了铁氧体磁铁，使得磁铁成本得到降低，也得到了更多的应用，70年代制造出稀土磁铁(包括钕铁硼和钐钴)成为磁铁新时代的开端，目前铁氧体磁铁仍然是用量最大的永磁材料。