【給父母的科普知識私藏包】為什麼磁鐵能吸住冰箱?

2019.12.01

by 胡妙芬 (親子天下小行星)

【給父母的科普知識私藏包】為什麼磁鐵能吸住冰箱?

插畫|呼拉王

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許多家庭冰箱上都有各式各樣的磁鐵,利用磁鐵能吸住東西,又能方便移動的特性,是相當適合玩創意的創作素材喔!

磁石的名字,是由「慈愛的石頭」演變而來。把磁石比作母親,鐵塊比作孩子,磁石吸住鐵塊,就像母親緊緊擁抱孩子一樣,這古人的比喻真是美妙! 本期「小小探索家」單元〈為什麼磁鐵能吸住冰箱?〉的知識私藏包,就提供給各位親子一邊「抱緊處理」、一邊開心分享吧!

Q1:磁鐵礦的成分是什麼?為什麼它會帶有磁性呢?

A:大自然中的磁鐵礦(天然磁石)主要成分是「四氧化三鐵」,也就是鐵的氧化物。

有句話說:「電生磁,磁生電」;電流在流動時,自然就會產生磁場。而物質是由原子構成,原子內有電子繞著原子核旋轉並且「自轉」;如此的微小流動,也會產生非常微小的磁場(或稱為「磁域」)。只不過,在大部分的物質裡,這些微小的磁場因為零亂的排列,彼此「互相抵消」而顯現不出磁性;但是在磁鐵礦裡,這些磁場卻整齊排列,以致於可以累加起來,表現出強而有力的明顯磁性。

Q2:妙妙喵說,磁鐵不是真正的「鐵」,那磁鐵是怎麼製造出來的呢?

A:一般我們常見到的黑色磁鐵,是用鐵的氧化物製造的。首先,將氧化鐵的礦物當成原料,放進高溫中加熱、去除雜質,然後送進研磨機中,混合鋼珠和水磨「泥」,再「壓製」成各式各樣形狀的磁鐵;不過,在壓製成形的過程中,還必須利用機器外加磁場,來強迫磁鐵內部的分子朝著同一個方向排列,再加溫燒結,固定分子的位置;如此一來,內部分子的磁場才不會互相抵消,而能夠累加在一起,發出強大的磁力。

除了氧化鐵外,現代科學家也找到其他帶有磁性的物質;所以市面上還有其他種類的磁鐵,像是「鋁鎳鈷合金磁鐵」、「釤鈷磁鐵」,以及俗稱「強力磁鐵」的「釹鐵硼磁鐵」等。

Q3:地球為什麼像個大磁鐵?

A:記得嗎? 九月號的「小小探索家」提到,地球最深處有「地核」;地核的成分是鐵和鎳。地核又分為「內核」和「外核」,溫度非常非常的熱,但因為核心的壓力實在太大太大了,所以內核的鐵和鎳還是被壓制成固體,只有外核的鐵和鎳是液體,會隨著內核散出的高溫,不斷的對流、運動,進而產生電流,而電流又產生磁場,這就是地球磁場的來源。

有趣的是,這些液態的鐵動來動去,地磁的N極和S極也會動來動去,而且時強時弱,甚至會來個大逆轉! 據說,距離今日最近的一次地磁逆轉,發生在七十八萬年前,如果帶著指南針回到那個時代探險,指南針的N極會指向南方,應該會害我們大迷路吧? 好慘!

Q4:為什麼磁鐵能吸住冰箱門的鐵,卻不能吸住紙、塑膠、玻璃、布料或其他金屬呢?

A:有磁性的磁鐵,是具有「永久磁性」的;而要能被磁鐵吸住的東西,至少要具有「暫時磁性」。怎麼說呢?

磁鐵內的磁性分子(或帶有磁性的小單位,以下稱為小磁鐵)平常是整齊排列

的,頭尾兩端的磁性最強,一邊是N極,一邊是S極;相反的,冰箱鐵板裡的小磁鐵是零亂排列的,所以磁力互相抵消,平常是沒有磁性的。但是,一旦磁鐵的一端(假設N極)靠近鐵板,會把鐵板小磁鐵的S極都吸引過來,使得原本零亂排列的小磁鐵們,都變成整齊排列,磁鐵和鐵板就「異性相吸」,「叩」一聲吸在一起嘍!

鐵、鈷、鎳都具有這種特性,可以成為「暫時磁鐵」;但只要把磁鐵拿開,暫時磁鐵就會失去磁性。相反的,紙、塑膠、玻璃或其他材質內部的磁性小單位,沒有辦法隨便移動位置,所以無論磁鐵靠得多近,它們也不會變出磁性來,自然就不受磁鐵的吸引了。

Q5:磁鐵的磁力會不會變弱或消失呢?

A:雖然叫「永久磁鐵」,但是並不代表它的磁力永遠不會減弱或消失呵! 常見的黑色磁鐵如果被加熱或被用力敲到,它內部原本整齊排列的磁性小單位,就可能亂跑、亂動,而使得磁力互相抵消,甚至不見。所以下次開關冰箱門請小心,別太用力把冰箱門上的磁鐵敲掉,敲久了,以後就會慢慢失去磁力喔!

作者簡介|胡妙芬

臺大動物研究所碩士,兒童科普教育領域教學專家,兒童科學網站「科學小芽子」站長,兒童科普、動物作家。

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