Hvorfor tiltrækker en magnet jern?

De fleste mennesker ved, at jern er tiltrukket af magneter, mens andre metaller som guld og sølv ikke er. Endnu få mennesker kan forklare præcis, hvorfor jern har dette magiske forhold til magnetisme. For at komme frem til svaret skal du komme ned til atomniveauet og undersøge magnetens natur af et atoms elektroner.

Elektroner og magnetisme

Videnskaben bag magnetisme, som elektricitet, kommer ned til elektroner, de negativt ladede partikler omgiver et atoms kerne. Alle elektroner har magnetiske egenskaber, ligesom de har elektriske egenskaber. Når en elektron udviser magnetisme og dermed dets evne til at interagere med et eksternt magnetfelt, siges det at have et magnetisk øjeblik.

En elektrons magnetiske øjeblik er baseret på dets spin og dets kredsløb, som begge er hovedpersoner af kvantemekanik. Uden at komme i kvante ligninger, er det tilstrækkeligt at sige, at en elektrons magnetiske øjeblik skyldes dets bevægelse.

Hvad gør en magnetisk magnet?

Mens de enkelte atomer i ethvert stof kan have magnetiske øjeblikke , betyder det ikke, at stoffet selv er magnetisk. For at stoffet skal være magnetisk, har du brug for et tilstrækkeligt antal atomer, som alle arbejder sammen. Dette kræver to ting.

Det første der skal ske er, at der skal være en uenighed mellem atomerne. I mange stoffer linjer alle elektronerne sig i ordnede par, hver af dem afbryder de andre magnetiske egenskaber. Hvis du forestiller dig 1000 lokomotiver, hvor halvdelen forsøger at gå nordpå og den anden halvdel går sydpå, vil ingen af ​​dem flytte. Så for at et stof skal være magnetisk, kan dets elektroner ikke alle sammenpares.

Dette er imidlertid ikke i sig selv nok til, at stoffet er magnetisk. Bare fordi et materiales elektroner ikke passer op parvis betyder det ikke nødvendigvis, at stoffet er magnetisk. Mangan, for eksempel et vigtigt mineral, der findes i nødder og korn, og som er afgørende for sunde knogler, er ikke magnetisk, selv om dets elektroner ikke raderes parvis. Hvis du havde 1001 togmotorer, 500 mod syd og 501 mod nord, vil den ekstra motor ikke gøre meget forskel.

Den anden ting du har brug for er for et tilstrækkeligt antal elektroner til at justere sig parallelt til hinanden - ligesom mange lokomotiver står i samme retning - så deres evne til at interagere med et eksternt magnetfelt er stort nok til at bevæge hele objektet.

Ethvert materiale, der har disse to betingelser kaldes ferromagnetisk . Jern er det mest almindelige ferromagnetiske element. To andre ferromagnetiske elementer er nikkel og kobolt. Imidlertid kan flere andre stoffer være ferromagnetiske, når de opvarmes eller kombineres med andre materialer.