磁铁磨成粉还具有磁性吗?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2019-09-12 15:17:47

本文探讨了磁铁磨成粉后是否还具有磁性,以及声音是否能被磁化的问题。文章解释了磁化的本质和超顺磁性的特点,并讨论了磁性对声波的影响。

磁铁磨成粉以后还具有磁性吗?而说到磁性,就会想到我们常用“声音富有磁性”来形容一个人的声音好听,那么声音,或者说声波,作为物理学中的一个概念,它能够被磁化吗?换种说法,铁磁性物质(这里指常说的磁铁,永磁体)颗粒大小和磁性的关系。同一磁体中有许多磁畴,而磁畴间自发强度大小相同方向不同,磁化的过程就是在外磁场作用下,使不同磁畴内的原子磁矩向同一个方向排列,此时磁体就有了磁性。

磁化强度从一个方向翻转到另一个方向需要克服一个势垒(磁各向异性能),而这个势垒是和颗粒的体积(尺寸)成正比的。而对于每个孤立自旋,它会受到热扰动的影响。这两种能量相互竞争,在固定温度下,当它俩大小相近时,就达到了我们所谓的临界尺寸(类似的,也存在对应的特征温度)。此时热扰动足以影响磁化强度取向时,自旋会因为热激发,不断地随机振动,此时这种粉末不再表现出铁磁性,而是超顺磁性。

即在没有外磁场下,不表现出磁性,而施加外场时,则类似顺磁性。超顺磁相比铁磁,其特点一是没有磁滞,意味着没有剩余磁化强度和矫顽力;二是如果以磁化强度为纵坐标,磁场强度和温度的比值为横坐标,这样的曲线永远是重叠的。

磁化会影响介质中的声波,但没法给你具有“磁性”的声音。

磁化是指没有磁性的物体获得磁性的过程,最早磁性是用分子电流来解释,磁化是分子电流的取向排列引起的;但量子力学最终告诉我们,磁性是来源于电子自旋磁矩和轨道磁矩(嗯,遇事不决,量子力学),此磁性不同于彼“磁性”。机械振动通过介质传导到我们的耳朵,最终转化为神经信号为大脑所感知,就是我们所说的声音,声音之于人,不是机械振动,而是电信号。

我们对声音的感知有三个要素:音调,音色和响度,这三个要素都与声源介质以及传声介质的机械振动相关,机械振动与原子核的集体振动——声子相关,而电子的变化对原子核的影响比较小,这种影响在极低温可以被观测到;另外如果传声介质是空气等气体的话,声音以纵波的形式传导,引起空气密度和压力的变化,磁性对气体中的声波影响不大。

另外,爱因斯坦-德哈斯效应指出,电子自旋角动量和机械角动量本质相同,微观上电子角动量的转移的确会使原子发生机械运动,因此严格来说磁性会影响介质中的声波。但是,这些由磁性引起的机械振动的变化,你的耳朵一般可感受不到啊。想通过磁化来使得自己的声音具有“磁性”,我看,还是放弃吧!

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