磁鐵磨成粉還具有磁性嗎？| No.172_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-09-12 15:49
原創：中科院物理所
只要功夫深，
磁鐵磨成粉！
本期問題是，
磁鐵磨成粉以後還具有磁性嗎？
而説到磁性，
就會想到我們常用“聲音富有磁性”
來形容一個人的聲音好聽，
那麼聲音，或者説聲波，
作為物理學中的一個概念，
它能夠被磁化嗎？
1
Q
磁鐵磨成粉還具有磁性嗎？
by non-trivial
A
換種説法，鐵磁性物質（這裏指常説的磁鐵，永磁體）顆粒大小和磁性的關係。我們在No.66 Q5中曾從磁疇的角度提過磁化的本質。同一磁體中有許多磁疇，而磁疇間自發強度大小相同方向不同，磁化的過程就是在外磁場作用下，使不同磁疇內的原子磁矩向同一個方向排列，此時磁體就有了磁性。
磁化強度從一個方向翻轉到另一個方向需要克服一個勢壘(磁各向異性能)，而這個勢壘是和顆粒的體積(尺寸)成正比的。而對於每個孤立自旋，它會受到熱擾動的影響。這兩種能量相互競爭，在固定温度下，當它倆大小相近時，就達到了我們所謂的臨界尺寸（類似的，也存在對應的特徵温度）。此時熱擾動足以影響磁化強度取向時，自旋會因為熱激發，不斷地隨機振動，此時這種粉末不再表現出鐵磁性，而是超順磁性。即在沒有外磁場下，不表現出磁性，而施加外場時，則類似順磁性。超順磁相比鐵磁，其特點一是沒有磁滯，意味着沒有剩餘磁化強度和矯頑力；二是如果以磁化強度為縱座標，磁場強度和温度的比值為橫座標，這樣的曲線永遠是重疊的。
By****Aaron Chen
2
Q
聲音能被磁化嗎？
by abcd
A
磁化會影響介質中的聲波，但沒法給你具有“磁性”的聲音。磁化是指沒有磁性的物體獲得磁性的過程，最早磁性是用分子電流來解釋，磁化是分子電流的取向排列引起的；但量子力學最終告訴我們，磁性是來源於電子自旋磁矩和軌道磁矩（嗯，遇事不決，量子力學），此磁性不同於彼“磁性”。機械振動通過介質傳導到我們的耳朵，最終轉化為神經信號為大腦所感知，就是我們所説的聲音，聲音之於人，不是機械振動，而是電信號。
我們對聲音的感知有三個要素：音調，音色和響度，這三個要素都與聲源介質以及傳聲介質的機械振動相關，機械振動與原子核的集體振動——聲子相關，而電子的變化對原子核的影響比較小，這種影響在極低温可以被觀測到；另外如果傳聲介質是空氣等氣體的話，聲音以縱波的形式傳導，引起空氣密度和壓力的變化，磁性對氣體中的聲波影響不大。另外，愛因斯坦－德哈斯效應指出，電子自旋角動量和機械角動量本質相同，微觀上電子角動量的轉移的確會使原子發生機械運動，因此嚴格來説磁性會影響介質中的聲波。
但是，這些由磁性引起的機械振動的變化，你的耳朵一般可感受不到啊。想通過磁化來使得自己的聲音具有“磁性”，我看，還是放棄吧！
By 二十三
3
Q
熟石膏和生石膏有什麼區別？
by 子墨August
A
生/熟石膏亦是如此，生石膏（天然產物）經過處理得到的就是熟石膏。從化學成分來看，生石膏主要成分是二水硫酸鈣，而熟石膏主要是半水硫酸鈣，而處理的方式，本質就是加熱脱水過程，也就是常説的煅燒等。當然不同的温度煅燒，得到的產物是不同的，在很高的温度下，會得到另一種石膏的天然產物，也就是無水石膏，又叫硬石膏。當然區分這兩種粉末的方式也很簡單，將粉末和水1:1.5混合，如果混合後，乾的就是熟石膏（因為吸水了），而生石膏不能吸水，肯定就是濕的了。
By Aaron Chen
4
Q
生活中可能發生核反應嗎？
by 神秘人物
A
生活中時時刻刻都有核反應發生。核反應是指一個原子核或者亞原子粒子（質子，中子或者高能電子）與另一個原子核相撞產生新的原子核的過程，一般有自然界發生的核反應，也有人工的核反應，如被高能加速器加速的粒子轟擊原子核，可以產生新的元素。提起自然界中發生的且與我們生活息息相關的核反應，生成碳14的核反應就必須要説一下了。地球時刻都在接受宇宙射線輻照，這些宇宙射線中能量比較高的中子，或者高能射線通過與高層大氣的一系列作用產生的高能量中子，與大氣中的氮14原子核發生反應放出一個質子，並生成一個新的核——碳14，核反應方程如下：
大氣中碳14有穩定的含量，人，動物和植物體內也都有穩定含量的碳14；碳14是碳的放射性同位素，利用其半衰期可以測定年份。人工核反應中與我們生活關係最大的就是核電站的鈾裂變反應，該反應通過電站為日常生活生產提供電能。
By 二十三
5
Q
食品用酒精保鮮劑，就是麪包裏的酒精卡為什麼能保鮮？吃了會有危害嗎？
by 匿名
A
首先酒精具有抗菌能力，其濃度在10%到20%以下沒有殺菌作用，但有阻礙菌類繁殖的效果，部分菌類在1%濃度得酒精環境中就會被抑制繁殖，4%到5%濃度得酒精能夠抑制絕大部分菌類得繁殖，在濃度高於20%時，尤其是60%到90%的酒精，具有很強的殺菌作用，比如常用的濃度為75%的醫用酒精。
麪包中的保鮮卡實際是一種酒精發生器，其工作原理是讓酒精、脂肪酸以及香精等混合而成的保鮮液吸附在硅膠或具有多孔結構的纖維片中，然後附加在糕點、麪包或珍鮮食品的包裝袋內，讓保鮮液按預設的速率揮發，使包裝袋內充滿保鮮液氣體，抑制菌類繁殖，使食品保持原有香味，同時由於袋內氣壓增大，抑制食品中水分蒸發，保證食品的濕度，還具有防止食品硬化的功能。
由於高濃度的酒精會直接損害食品的滋味和香氣，現有的市面上使用的酒精保鮮劑一般使用低濃度的酒精同時添加香精，被食品吸收的酒精（乙醇）含量在2Wt%到3Wt%以下(Wt%為重量百分比），包裝中的酒精氣體濃度約為1Vol%（Vol%為體積百分比）以下，能夠抑制菌類的生長，起到保鮮作用。
但由於低濃度的酒精只能抑制菌類繁殖，不能完全殺死菌類，因此不排除存在初發菌數量很多，即使繁殖速率慢菌類也會快速繁殖而導致食品變質的情況（這難道就是傳説中的人口基數大？）。
原則上講，食品級的酒精在低濃度下是無毒的，沒有變質的食物完全可以放心食用，雖然人生不能沒有嚼頭，但強烈不建議食用麪包中的保鮮卡。
By 勿用
6
Q
單面鏡的原理是什麼?？
by 六六
A
單面鏡(也叫原子鏡、單向透視玻璃），是一種對可見光具有很高反射比的特種玻璃。一般的玻璃，站在兩面都可以看穿到另一面的事物，而普通的鏡子只有反射的功能，與一般的透明玻璃或者全反射鏡不同，在單面鏡的一面可以看到另一面的物體，從另一面卻只能看到自己的像。這與玻璃上的鍍膜厚度直接相關，如圖所示。
膜厚與透射、反射、吸收率的關係
以BK7型號玻璃上的鋁膜為例，在玻璃上不鍍膜時，透射率遠大於反射率，玻璃是透明的（紅色-反射率，藍色-透射率，黑色-吸收率）；膜厚度大於20nm左右時，透射率遠小於反射率，從玻璃兩面入射的光線均發生反射，因此不透光。可以通過控制膜的厚度使玻璃能夠反射部分光的同時透過部分光線，合理控制玻璃兩側的光線強弱則可以實現單面鏡的功能。
在實際使用時，身處強光的房間因為光線充足，反射的光較多，便會在鏡中看見自己的影像。另一邊光線很微弱的房間裏，雖然其房間裏部分的光線也可以穿過單面反光鏡，但由於光度很低，所以強光房間的人無法感受到，只能看到自己的影像。同時由於強光房間的光線透過單面鏡，使得暗房間的人能夠看到強光房間的情形。就好像在街燈的強光下，我們不能看見螢火蟲一樣，因為來自螢火蟲的微弱光線被街燈的光所蓋過了。但當單面鏡兩邊的光線強弱差異不大時，兩邊就都可以互相透視了。
圖為單面鏡工作原理
By 勿用
7
Q
生活中常用的鍍膜技術有哪些？
by one heart
A
隨着現代科學和技術的發展，薄膜科學已成為近年來迅速發展的學科領域之一，是凝聚態物理學和材料科學的一個重要研究領域。功能薄膜是薄膜研究的主要方面，它不僅具有豐富的物理內涵，而且在微電子、光電子、超導材料等領域具有十分廣泛的應用。
薄膜材料在如今的生活中也具有非常廣泛的應用，比如集成電路中的微型器件、液晶顯示屏、食物保鮮膜等等。薄膜材料根據薄膜厚度可分為塗層（>1μm）或薄膜(<1μm),常見的塗覆薄膜材料的方法有噴塗、浸塗、抹塗、甩膠等等，如下圖所示。
吃貨眼中生活常用的鍍膜技術
言歸正傳，根據薄膜材料製備的原理基礎，可以將薄膜製備技術分為以蒸發沉積為基礎的真空蒸發沉積、電子束蒸發沉積，分子束外延薄膜生長（MBE)等；以載能束與固體相互作用為基礎的離子束濺射沉積、脈衝激光沉積(PLD)、離子束輔助沉積（IBAD）等；以等離子體技術為基礎的等離子體增強化學氣相沉積（PECVD），磁控濺射沉積等等；同時還有溶膠-凝膠法、電化學沉積、液相外延以及化學束外延等方法。
對於蒸發沉積系統，以最簡單的真空蒸發沉積為例，其原理是在真空條件下，蒸發源材料受熱，部分原子或分子脱離材料表面束縛做直線運動，遇到待沉積基片上沉積成膜。電子束蒸發則是利用電子束轟擊待沉積物質，加熱使其表面原子脱離。
載能束體系則一般利用載能束將原子和分子直接從物質中轟擊出來，比如激光脈衝沉積利用激光對物體進行轟擊，然後將轟擊出來的物質沉澱在不同的襯底上，得到沉澱或者薄膜的一種手段。
對於等離子體系統，其原理為向高真空系統中充入少量所需氣體（氬、氧、氮等），使氣體在強電場作用下電離而產生輝光放電，電離後產生的帶正電荷離子受電場加速形成等離子流，轟擊陰極靶材使靶材表面原子飛濺出來，以自由原子或與反應氣體分子形成化合物，沉積到襯底表面形成薄膜層，濺射法被廣泛地應用於製備金屬、合金、半導體、氧化物、碳化物、氮化物等薄膜。
By 勿用
