磁铁无处不在,取材于希腊的氧化镁岛,很多电子设备都要用到它,因此在现代世界中起着不可或缺的作用。磁铁吸铁是众所周知的常识,废品厂就会用一种强力磁铁来分离出废品中的铁物。

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我们人体内也含有铁,铁在人体中最重要的就是有补血的功能,铁能形成血红素,而血红素在人体中主要起着为供氧的作用,它能够携带氧气,供应给人体的各个细胞和器官,让人的身体的各个部位都能正常远转,当然还有提高免疫力等作用。

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电子设备的普及让我们每天都多少会跟磁铁有直接或间接的接触,有个脑洞比较大的问题:如果磁铁的磁力足够强,会吸走你体内的铁吗?

为什么磁铁能吸铁

在回答那个问题之前,首先要明白磁铁是怎么影响铁的。

物质大都是由分子组成的,分子是由原子组成的,原子又是由原子核和电子组成的。在原子内部,电子不停地自转,并绕原子核旋转,电子的这两种运动会产生磁性。但是很对原子内部电子运动方向杂乱无章,大多数被抵消,很多物质是不具有磁性的。

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铁之所以具有铁磁性,是因为每个原子的外壳中的四个不成对的电子都具有量子构型,从而赋予其强大的磁场,并使铁原子像微型磁体一样相互作用。这些磁性原子的磁极将与外部磁体对齐,从而产生吸引力,异性吸引并彼此面对。当然原子核中的质子和中子也有自己的磁场,但是它们比电子所产生的弱得多,弱到对原子的整体磁场几乎没有影响。

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如果施加足够强的磁场,则所有铁块中所有铁原子的磁场也会对齐。如果施加磁场的时间足够长,即使磁铁消失了,铁中的磁畴也会保持对齐,从而使铁磁化,从而形成永久磁铁。这种磁铁内部铁畴排列整齐,方向一致,用它去接触铁块,就会对铁块同样产生上面的磁化过程改变铁块表层的铁畴(磁化作用下的原子排列成一层),这样磁铁就能吸铁了。

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磁铁的磁力能有多大

磁场强度以高斯为单位,10,000高斯的度量单位称为特斯拉。作为参考,我们所在的地球,地表磁场强度在0.25至0.6高斯之间。虽然不是很多,但它的广泛分布足以让各地的鸽子找到回家的路,让迷路的人手中的指南针指南甚至是阻挡来自外太空的高能电子。下面说个强点的磁场强度,普通的冰箱磁铁约有50高斯,电吉他拾音器约有100高斯,而我们最开始说到那个废品厂用来回收铁物的巨型磁铁差不多有一个特斯拉。

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因为电荷加速会产生磁场,流过电磁体中线圈的电流越高,产生的磁场就越强。但是,构成线圈的导线可能是导电的,它们仍然具有一点点电阻,这意味着流经导线的电流产生的一些电能将转化为热量、光能。这就是导致烤面包机,烤箱或某些灯泡中的线圈变热并发光的原因。

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追求极致的科学家们就提出来超导体,可以理解为超导体没有一点电阻,电阻和温度的关系正比,所以没有电阻的超导体工作环境可想而知,必须使用液氮让它保持超低温。没有电能损失转化为光能和热能。因此它们可以承受更多的电流而不会发热,因此可以产生难以置信的强磁场。有多大呢?据说能产生1.5至9.4特斯拉的强磁场。它的应用想必很多人也听说过,磁共振成像(MRI)。

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地球上的强力磁铁能吸走我们血液中的铁吗?

人体平均含有3-4克铁,几乎所有的铁都包含在血红蛋白等分子中,每个血红蛋白分子也只有一个铁原子。但是在血红蛋白中,有几种类型,由于与其他原子如氮的配位-共价键,这些键不允许电子与磁场对准,导致上述铁磁性铁原子的外电子处于不同的构型,这使得许多铁原子和分子具有的非常弱的吸引力。

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所以目前的强力磁铁MRI对人体内的铁会有影响吗?没有,不过如果你体内有金属植入物或金属义肢,那你要小心了,它们可能会从你的皮肉飞出。当然还有个有趣的问题,如果你吃了很多含铁的食物,因为食物在胃肠中是以元素形式存在的,具有铁磁性。那也不用担心,胃肠中铁的含量还远不到MRI能把它们从你胃中吸出的磁性。如果你摄入的铁达到了那个程度,你应该已经中毒躺在通往医院的救护车上了。

这种磁铁真的存在吗?

地球上还不存在能影响到你体内铁的磁铁,但是其他地方是否存在呢?

让我们放眼宇宙,当一颗大质量恒星活到太阳质量的1.5至3倍时,它会发生爆炸,最终重力熬过了核聚变,所有粒子都被拉向中心。如果这可恒星的质量不够大,那么它将没有什么物质散到宇宙中去。所有的粒子受到超强引力的作用被吸向中心,甚至大多数电子被吸入质子结合成形成中子,形成我们所谓的中子星。它的质量大于太阳,但其大小却只有一座城市那么大,一茶匙的中子星就有十亿吨重。

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中子星通常也非常快地旋转,每秒高达数百转,并且由于并非所有质子和电子都结合在一个中子星中,所以它们可以在快速旋转的表面周围形成电流,从而产生强大的磁场,距推测其强度达到了万亿高斯的大小。这种强度的磁场不仅可以吸走你体内的铁,还能破坏体内用以维持生命发生的化学反应和神经突触。不过你在被它磁场杀死之前首先会被它的强大引力拉成意大利面。

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不过中子星可不是宇宙中最强的磁铁,还有一种天体叫磁星。磁星是一种具有极强磁场的中子星,与其他中子星的区别在于旋转相对更快,大多数中子星每一到十秒钟旋转一次,而磁星的旋转速度不到一秒钟一次。其强度单位我就不用高斯了,约为一亿特斯拉到一千亿特斯拉。这种强磁场将拉动你体内的电子,使你的原子平行于极端磁场而伸长领域。然后它将破坏将你体内分子凝聚在一起的分子键,真正做到了将你撕裂成一个个原子。

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不过别害怕,目前探测到最近的磁星据我们有9000光年,而我刚才说的情况在你距离他足够近(几百公里)的距离时才会发生。

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