筆者 東邪
火是一種特殊的現(xiàn)象，不同溫度的火能夠產(chǎn)生不同的影響。溫度較低的火能給人溫暖的感覺，溫度超過一定刻度的火會讓人產(chǎn)生灼燒感，這時候如果火焰繼續(xù)升溫，將會觸發(fā)有機物的化學反應，直觀表現(xiàn)為人體皮膚燒了起來。火的強大之處不僅在于讓有機物燃燒起來，還在于它能讓冷冰冰的金屬瞬間化為“流水”。
接觸過中學物理知識的朋友應該都知道，任何金屬都有一定的熔點。這個熔點指的是物體從固態(tài)變成液態(tài)的轉折點，而大多數(shù)金屬在常溫條件下是固態(tài)的，隨著溫度的不斷升高變成液態(tài)的可能性就越來越大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鐵的熔點是1538攝氏度，如果用超過這一熔點的溫度去加熱磁鐵，那么磁鐵會發(fā)生什么呢？
為什么磁體會有磁性？
在了解以上的問題之前，我們首先需要清楚為什么磁鐵會有磁性。一般情況下，大多數(shù)物質(zhì)都不具有磁性，這要從構成物質(zhì)的基本單位——原子說起。原子由原子核和核外電子構成，原子核內(nèi)有帶正電的質(zhì)子，而電子帶負電，兩者電性抵消，因此原子呈中性。電子除了帶負電之外，它還帶有磁性，但大多數(shù)原子的電子排列順序十分混亂，因此相互之間的磁效應抵消了。
磁體之所以會有磁性，是因為原子內(nèi)的電子在外界因素的影響下排列整齊，讓磁性都朝著同一方向，從而導致磁性不會抵消反而加強。鐵、鎳、鈷等金屬都可以變成磁體，它們內(nèi)部的電子整齊排列之后形成一個自發(fā)磁化區(qū)，該區(qū)域被稱為“磁疇”。如果想要讓磁體失去磁性，就必須破壞內(nèi)部的磁疇，目前主要的方法是施加高溫。
磁鐵融化后會發(fā)生什么？
在自然界中，鐵單質(zhì)比較少，更多的是鐵的氧化物，其中天然形成的磁體就是四氧化三鐵。這種化合物是鐵磁性礦石的主要成分，由于它呈現(xiàn)灰黑色，因此天然磁鐵看起來就是灰黑色的。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，四氧化三鐵的熔點是1594.5℃，換而言之，只要給天然磁鐵加熱到這個溫度，它就會熔化。那么熔化后的磁鐵除了變成一灘液體，它的磁性還在嗎？
這就要說到另一個概念了——居里點。聽到這個名字是不是有點熟悉？沒錯，居里點就是科學家居里提出來的，他就是居里夫人的丈夫皮埃爾·居里。皮埃爾通過實驗發(fā)現(xiàn)，當天然磁體加熱到一定溫度后就會失去磁性，于是他將這一變化轉折點定義為“居里點”。但這一溫度并不會讓磁體的形態(tài)發(fā)生變化，即磁體的熔點和居里點不同，而且熔點一般高于居里點。
不同材料的磁體居里點不同，而磁鐵的居里點在480~550攝氏度之間。磁鐵的居里點之所以是一個范圍，是因為磁鐵有很多種類，有不同的鐵氧化物組成。因此可以肯定的是，磁鐵熔化后會變成液體，而且該液體已經(jīng)失去了磁性。
為什么磁鐵加溫至居里點會失去磁性？
了解磁體為什么會有磁性的問題后，這個問題就不難理解了。根據(jù)熱力學定律，分子、原子等基本粒子在升溫的情況下會出現(xiàn)運動變得活躍的現(xiàn)象，其中氣體分子的活躍現(xiàn)象最為明顯，而固體原子的活躍現(xiàn)象最不明顯，所以即使固體內(nèi)部發(fā)生了實質(zhì)性的變化，我們也很難從物體的表面看出來。以此磁鐵加熱為例，磁鐵內(nèi)的原子在受熱后會出現(xiàn)熱運動。
熱運動會打破電子排列而成的順序，使磁疇被分解，最終導致磁性消失。此外，這個過程也可以看作是熵增的過程。熵指的是物質(zhì)狀態(tài)的混亂程度，熵越大，那么物質(zhì)的狀態(tài)越混亂。在常溫條件下，磁鐵內(nèi)部的熵比較低，因此內(nèi)部原子的狀態(tài)比較穩(wěn)定，電子的排列也比較有序。當受到外界熱量的影響時，磁鐵的熵就會增大，導致內(nèi)部混亂程度增加。
這一發(fā)現(xiàn)衍生出什么應用？
科學家們發(fā)現(xiàn)了磁體的磁性受到溫度影響后，開始嘗試將這一特性應用到實際生活中，其中居里點最常見的應用就是溫控設備。日常生活中使用頻率最高的電飯鍋就用到了相關的溫控設備，而這些設備的基本工作原理就是居里點特性。據(jù)了解，電飯鍋的溫控裝置通常由一塊磁鐵和一塊居里點在103攝氏度左右的磁體構成。
在煮飯的過程中，水加熱到一百攝氏度左右就會達到沸點沸騰，這時電飯鍋內(nèi)的溫度還會繼續(xù)往上升一些。當溫度達到103攝氏度時，原本被磁鐵吸住的磁體就會丟失磁性，進而使得磁鐵失去了對磁體的吸引作用，最后觸發(fā)一系列的設定讓電飯鍋的電源斷掉或停止加熱進程。除了在日常生活有所應用之外，居里點在地質(zhì)學研究中也是重要的方法。
研究發(fā)現(xiàn)，地球上的巖石也是潛在的磁體，它們在地球磁場的磁化作用下會獲得微弱的磁性，使得巖石變成磁石，而且磁石的磁場方向和地球磁場是相同的。磁石也有居里點，如果其周圍環(huán)境的溫度達不到居里點，那么磁石的磁性就一直存在，而且不會隨著地球磁場方向的改變而改變。利用這一特點，地質(zhì)學家可以研究過去地球磁場發(fā)生的變化。
通過在地球上不同地區(qū)測出磁石的磁場情況，再加上鑒定該磁石形成的大概時期，就能確定該時期的地球磁場方向。后來不少地質(zhì)學家利用這一方法研究地球磁場的變化，發(fā)現(xiàn)了地球在歷史上發(fā)生過多次磁場掉轉的現(xiàn)象，因此形成了“古地磁說”的理論。
那么地球上最早的磁體是否在地球磁場的影響下出現(xiàn)的呢？這個問題就要追溯到地球磁場的起源了，目前科學家還在研究這方面的問題，因此該問題暫時還沒有明確的結論。
