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老君,别烧了!俺老孙的铁棒要生出磁性来了!

作者:果壳网 来源:果壳网 公众号
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03-10

磁铁在我们生活中的应用非常广泛了,普通到一块冰箱贴,还有更细微的虽然不显眼但其实无处不在的电子元件,例如耳机里的磁铁,还有小时候觉得超级高大上的磁悬浮地球仪!



再到上海的磁悬浮列车,去上海还特地要跑去体验,感觉没有动车快和稳……



这么多磁铁,难道都是大自然的矿藏(四氧化三铁)吗?当然不是啦,今天我们就来一起看人工各类磁铁的制造!先来看看人工生磁的原理——


造磁的原理

19 世纪初,法国物理学家阿拉戈和吕萨克发现,当电流通过其中有铁块的绕线时,铁块会发生磁化,这是电磁铁原理的最初发现。我们在中学课本里学过,给一段导体通电,导体周围会产生磁场,利用下图的右手定律可以判断磁场的方向。这也是人造磁铁的基本原理。


为了理解的更清楚,我们来看这几个分解步骤:


1.普通的铁、钴、镍这些金属是没有磁性的,我们可以把它的内部看做有许多无规律的小磁针(原磁体)


2.在一般状态下,小磁针的排列非常紊乱,磁性相互抵消,因此总磁性为 0 ;一旦通电后,小磁针在电流产生的外部磁场作用下会变得规律排布,从而产生了整体的磁性!


3.当磁场消失时,有的物体的小磁针在内部热运动下会恢复了杂乱无序,而有些物体的小磁针依然井然有序,因此“永久的”具有了磁性,这就是永磁体。


砂型铸造

首先在来看一眼砂模,里面已经给磁铁造型留出了空间。



接着在砂模里接满砂子,再把表面抹抹平。



这里使用的是化学硬化砂,混砂时已经加入了粘结剂和其他辅加物,只是先还不加硬化剂。到接下里的造型环节,就直接用机器打进气态的硬化剂,这物质一弥散在砂型里,粘结剂就能发生分子聚合,进而成为立体结构的物质。也就是说,砂型会像下图一样硬化,你现在取出这个砂型,可不会松散。



各种不同造型的模具,就是多个磁铁模型,留的空间等之后金属浇筑好就是最后磁铁的形状了~



磁铁原料

磁铁的原材料是铜、钴、镍、铁、铝、钛等,再加入硫磺,把各色金属统统倒进电磁炉里 1600℃ 烧至熔化,成液体。



铸造成型

接着把溶化的液体倒入之前制造好、堆叠成摞的砂模中,原来的中空设计就让这一摞的砂模统统被高温金属液体充满了。



由于之前砂模成型打入的气体是易燃的,所以,燃烧吧!热情的砂模!



把燃烧的砂模推到另一边,用大锤敲击,附着在成型金属上的砂模被敲落,易燃气体也会尽情燃烧。



接着用大电扇顶着吹,让未充磁的金属块们尽快冷却。



铸造后的金属还没有磁性,只是普通的金属材料,那就用磁铁把金属从砂块中分离出来。



圆环磁铁

电动马达中会用到环形中空的磁铁,除了模型的区别,当然加磁的方法也有些不同。先把金属环一个个套上铜管。



然后放入一个更大的金属管中,把空的部位用沙土填充好,再在两端管口用混粘土封口。



再把管子放入一个电炉中加热到通红,这是为了让管子内的金属打破防御,接下来加磁会更加容易。之后工人在铜管中插入一根金属棍,并用夹钳固定。



铜管则会被浸入到水中降温,防止溶化。与此同时,在这个圆柱体中传输低压的高电流。



接着工匠把冷却后管子的封装敲破,取出来里面的圆环金属,此时金属已经微微磁化,确立了磁场的方向。



打磨环节

之后工人们会把磁铁的内内外外、边边角角都磨平。



虽然此时有一点点磁化了,但实质上还是没有什么卵用……还得继续加磁性!



继续加磁

之前微弱的磁场只是设定了正确的磁场方向,加磁后才是真正的磁铁。这台机器就是能把电磁电流传递到磁铁上,先前磁场微弱的毫无吸力的磁铁,如今变得需要用力才能拔离。 (怎么说呢,不禁令人想起“当年你对我爱搭不理,现在我让你高攀不起”……)



轻轻一吸,就吧嗒扣上啦~一块磁铁这才算完全做好。



校对:Cast + 江小丧

文中 Gif 截取自 Discovery《How it's Made》S10E01


本文经授权转载自

有趣的制造(ID:MadeWithFun)

如需转载,请联系原作者

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