Какие металлы кроме железа обладают магнитными свойствами
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.
В справочных таблицах дана удельная магнитная восприимчивостьχ некоторых пара- и диамагнитных тел, которая для изотропных тел определяется выражением:
χ = Y / H
где Y обозначает намагниченность 1г тела, а Н — напряженность внешнего намагничивающего поля.
Таблица магнитная восприимчивость χ для элементов
Твердые тела предполагаются в изотропном состоянии. Температуры (t °С) отвечают стоградусной шкале.
| Элементы | t (°С) | χ-10β |
| Азот | 18 | -0,34 |
| Алюминий | 18 | +0,65 |
| Аргон | 18 | -0,48 |
| Барий | 20 | +0,91 |
| Висмут | 18 | -1,38 |
| 260 | -1,02 | |
| Водород | 18 | -1,98 |
| Вольфрам | 16 | +0,28 |
| Гелий | 18 | -0,47 |
| Золото | 18 | -0,15 |
| -256,6 | -0,13 | |
| Иридий | 25 | +0,14 |
| 200 | +0,17 | |
| 450 | -0,20 | |
| 850 | -0,26 | |
| 1150 | +0,31 | |
| Кадмий | 18 | -0,18 |
| Калий | 20 | +0,52 |
| Кальций | 20 | +1.10 |
| Кислород | 20 | +106,2 |
| Кислород жидкий | -195 | +259,6 |
| Кислород твердый | -240 | +60 |
| Кремний | 20 | -0,13 |
| Литий | 16 | +0,50 |
| Магний | 18 | +0,55 |
| Магний жидкий | 700 | +0,55 |
| Марганец | 22 | +9,9 |
| Медь | 18 | -0,085 |
| Молибден | 18 | +0,04 |
| Натрий | 18 | +0,51 |
| Неон | 18 | -0,33 |
| Олово | 18 | +0,025 |
| Олово серое | 18 | -0,35 |
| Олово жидкое | 400 | -0,036 |
| Палладий | 18 | +5,4 |
| 200 | +4,6 | |
| 750 | +2,6 | |
| 1230 | +1,7 | |
| Платина | 18 | -1,10 |
| 250 | -0,66 | |
| 700 | -0,45 | |
| 1220 | +0,30 | |
| Ртуть | 18 | -0,19 |
| Ртуть твердая | —80 | -0,15 |
| Свинец | 16 | -0,11 |
| Свинец жидкий | 330 | -0,08 |
| Сера ромб | 18 | -0,49 |
| Сера жидкая | 113 | -0,49 |
| 220 | -0,49 | |
| Серебро | 16 | -0,20 |
| Сурьма | 16 | -0,87 |
| Сурьма жидкая | 800 | -0,49 |
| Тантал | 18 | +0,87 |
| 820 | +0,77 | |
| Углерод алмаз | 18 | -0,49 |
| 400 | -0,51 | |
| 1200 | -0,56 | |
| Углерод графит | 20 | -3,5 |
| -170 | -6,0 | |
| 600 | -2,0 | |
| 1000 | -1,3 | |
| Фосфор белый | 20 | -0,90 |
| Хлор жидкий | -60 | -0,57 |
| Хром | 18 | +3,6 |
| 1100 | +4,2 | |
| Цинк | 18 | -0,157 |
| Цинк жидкий | 450 | -0,09 |
| Эрбий | 18 | +22 |
Таблица магнитная восприимчивость χ для некоторых соединений, органических и неорганических
_______________
Источник информации: КРАТКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК/ Том 1, — М.: 1960.
НЕМАГНИ́ТНЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ
НЕМАГНИ́ТНЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ, материалы с низкой магнитной проницаемостью ($μ⩽1,5$). Различают диа- и парамагнитные, слабоферромагнитные и антиферромагнитные материалы.
Строго говоря, абсолютно не обладающих магнитными свойствами материалов не существует, т. к.
диамагнетизм – свойство, присущее всем веществам, которое в большей или меньшей степени может перекрываться электронным или ядерным парамагнетизмом, ферромагнетизмом или антиферромагнетизмом.
К Н. м. относится большинство металлов и сплавов (в т. ч. аустенитные стали и чугуны), а также большинство полимеров и композитов на их основе, дерево, стекло и многие др. материалы. Как конструкционные материалы наибольшее распространение, благодаря высоким механич.
свойствам, износостойкости и долговечности, получили металлич. Н. м., гл. обр. немагнитные стали и чугуны, а также сплавы меди, алюминия, титана (напр., никелид титана) и др.
Немагнитность сталей и чугунов обеспечивается созданием в них структуры аустенита, что достигается соответствующим легированием. Немагнитные сталь и чугун характеризуются высоким удельным электрическим сопротивлением. Лучшими технологич.
свойствами обладают хромоникелевые немагнитные стали, выпускаемые в виде листов, проволоки и лент. Типичный состав немагнитной стали: до 0,12% (по массе) $ce$, до 0,8% $ce$, 1–2% $ce$, 17–19% $ce$, 11–13% $ce$, остальное – $ce;; μ$= 1,05–1,2.
Для деталей сложной конфигурации, от которых не требуется высокой прочности, применяют более дешёвые немагнитные чугуны, удельное электрич. сопротивление которых (1,4–2,0 мкОм·м), как правило, больше, чем у немагнитных сталей (ок.
1 мкОм·м), что обеспечивает малые потери энергии на вихревые токи в деталях, работающих на переменном токе. Наиболее распространены никель-марганцевые чугуны, содержащие (помимо $ce$) 2,6–3,2% $ce$, 5–7,5% $ce$, 9–12% $ce$, 2,5–3,5% $ce$ и до 1,1% $ce;; μ$=1,03–1,06. Н. м.
на основе цветных металлов имеют обычно более низкую магнитную проницаемость, чем немагнитные стали и чугуны, хорошо обрабатываются резанием и давлением, однако их механич. свойства не всегда удовлетворительны, а электрич. сопротивление мало.
Н. м. применяют для изготовления деталей, которые не должны оказывать магнитного влияния на рабочую систему измерит. установок, приборов, машин и аппаратов. Из Н. м.
готовят коробки компасов, детали электроизмерит.
приборов и часов, немагнитные пружины, втулки и фланцы (сквозь которые проходят кабели переменного тока), стягивающие болты и кожухи трансформаторов и электромашин, спец. (немагнитное) мед. оборудование и др.
Естественнонаучные исследования
Эрстед, проводя эксперименты с магнитной стрелкой и проводником, приметил следующую особенность: разряд энергии, направленный в сторону к стрелке, мгновенно на нее действовал, и она начинала отклоняться.
Стрелка всегда отклонялась, с какой бы стороны он не подошел.
Продолжать многократные эксперименты с магнитом стал физик из Франции Доминик Франсуа Араго, взяв за основу трубку из стекла, перемотанную металлической нитью, посередине этого предмета он установил железный стержень. С помощью электричества, находившееся внутри железо начинало резко намагничиваться, из-за этого стали прилипать различные ключи, но стоило отключить разряд, и ключи сразу падали на пол. Исходя из происходящего физик из Франции Андре Ампер, разработал точное описание всего происходящего в этом эксперименте.
Когда магнит притягивает к себе металлические предметы, это кажется волшебством, но в действительности «волшебные» свойства магнитов связаны всего лишь с особой организацией их электронной структуры. Поскольку электрон, вращающийся вокруг атома, создает магнитное поле, все атомы являются маленькими магнитами; однако в большинстве веществ неупорядоченные магнитные эффекты атомов уравновешивают друг друга.
Магнитная цепочка
Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждая скрепка стала магнитом.
Бесчисленные маленькие магнитики
Некоторые металлы имеют кристаллическую структуру, образованную атомами, сгруппированными в магнитные домены. Магнитные полюса доменов обычно имеют различное направление (красные стрелки) и не оказывают суммарного магнитного воздействия.
Образование постоянного магнита
Обычно магнитные домены железа ориентированы бессистемно (розовые стрелки), и естественный магнетизм металла не проявляется. Если к железу приблизить магнит (розовый брусок), магнитные домены железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля (зеленые линии). Большинство магнитных доменов железа быстро выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом.
Магнитно-твердые материалы
Магнитно-твердые материалы применяются для изготовления постоянных магнитов. Эти материалы должны отвечать следующим требованиям:
- обладать большой остаточной индукцией;
- иметь большую максимальную магнитную энергию;
- обладать стабильностью магнитных свойств.
Самым дешевым материалом для постоянных магнитов является углеродистая сталь (0,4 – 1,7 % углерода, остальное – железо). Магниты, изготовленные из углеродистой стали, обладают невысокими магнитными свойствами и быстро теряют их под влиянием нагрева, ударов и сотрясений.
Легированные стали обладают лучшими магнитными свойствами и применяются для изготовления постоянных магнитов чаще, чем углеродистая сталь. К таким сталям относятся хромистая, вольфрамовая, кобальтовая и кобальто-молибденовая.
Для изготовления постоянных магнитов в технике разработаны сплавы на основе железа – никеля – алюминия. Эти сплавы отличаются высокой твердостью и хрупкостью, поэтому они могут обрабатываться только шлифованием. Сплавы обладают исключительно высокими магнитными свойствами и большой магнитной энергией в единице объема.
В таблице 1 приведены данные о составе некоторых магнитно-твердых материалов для изготовления постоянных магнитов.
Химический состав магнитно-твердых материалов
| Наименование материала | Химический состав в весовых процентах | Относительный вес на единицу магнитной энергии |
| Углеродистая сталь Хромистая сталь Вольфрамовая сталь Кобальтовая сталь Кобальто-молибденовая сталь Альни Альниси Альнико Магнико | 0,45 C остальное Fe 2 – 3 Cr; 1 C 5 W; 1 C 5 – 30 Co; 5 – 8 Cr; 1,5 – 5 W 13 – 17 Mo; 10 – 12 Co 12,5 Al; 25 Ni; 5 Cн 14 Al; 34 Ni; 1 Si 10 Al; 17 Ni; 12 Co; 6 Cн 24 Co; 13 Si; 8 Al; 3 Cн | 26,7 17,2 15,8 5,1 – 12,6 3,8 3,6 3,4 3,1 1 |
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, кроме железа, притягиваются магнитом?
Интересно
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:
- Постоянные – изделия, которые после однократного намагничивания сохраняют данное свойство. Магниты разделяются на несколько подвидов в зависимости от силы и других параметров.
- 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.).
- 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).
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.
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.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Какие металлы не магнитятся и почему?
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.
Какие металлы не магнитятся: список
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.
Магнитные стали и сплавы. Твердые и мягкие стали
Среди металлов есть такие, которые обладают свойствами намагничивания. К ним относятся железо, никель и кобальт. Гадолиний приобретает ферромагнитные свойства при температуре ниже 0 о С. При добавлении в сплав этих элементов получается магнитная сталь. Кроме того, они характеризуются наличием остаточной индукции и коэрцитивной силы.
Магнитные стали и сплавы
Все сплавы, обладающие магнетизмом, можно разделить на 2 вида:
Твердые стали соответствуют ГОСТ 6862-71 и из них производят постоянные магниты. Для этого используют высокоуглеродистые вещества, легированные хромом или хромом и кобальтом.
Сплавы на основе железа также можно использовать для производства магнитов постоянного поля. Примером может стать материал альнико, где 54% составляет железо.
Магнитомягкие - так по-другому называют электротехнические стали. Они должны соответствовать ГОСТ 21427-75. Такие магнитные стали применяют для работы в переменных полях, там, где происходит намагничивание без перерыва. Магнитотвердые материалы владеют существенной остаточной индукцией, высокой коэрцитивной силой. Малая магнитная проницаемость становится дополнительным свойством сплава.
Из материала изготавливают сердечники катушек электромагнитов и трансформаторов. Для этого подходят кремнистые и низкоуглеродные сплавы.
Магнитную сталь маркируют четырехзначным числом. Первое число определяет структуру и вид прокатки. Второе — содержание кремния. Третье число определяет тепловые потери, четвертое - код нормируемого параметра.
Для работы в переменных полях можно использовать магнитную сталь на основе железа или никеля. Примером такого материала является альсифер.
Ферриты
Для сокращения электрических потерь используют повышение удельного сопротивления. Магнитная сталь играет важную роль в современном производстве. Большим сопротивлением обладают магнитные материалы — ферриты.
Ферриты получают из оксидов методом порошковой металлургии. Такие материалы обладают свойствами ферромагнетика и диэлектрика, что позволяет их использовать там, где применяются высокие и сверхвысокие частоты.
Себестоимость ферритных сердечников ниже, чем остальных, благодаря автоматизации производства. Сплавы можно подразделить на 4 группы:
- спеченные;
- деформируемые;
- литые;
- прессмагниты.
Сплавы
Магнитная сталь для постоянного магнита должна обладать достаточным объемом углерода, который находится в твердом растворе. Такие сплавы называются деформируемыми. Самыми простыми и дешевыми считаются высокоуглеродистые материалы. Добавка кобальта увеличивает магнитные свойства стали.
К литым относятся сплавы на основе Fe—Ni—A1. Более 80% магнитов изготовляется из такого материала. Самые качественные сплавы этой группы обладают очень мощным магнетизмом. Они отличаются от углеродистой и хромистой магнитной стали.
Маленькие магниты производят методом спекания. Для этого потребуется никель, алюминий и железо высокой чистоты. Они славятся повышенной твердостью. Таким методом создают магниты из магнитотвердых ферритов. Наибольшую популярность получили бариевые ферриты из-за высоких магнитных свойств и приемлемой цены.
Читайте также: