Hvorfor tiltrækker en magnet jern?

De fleste ved, at jern tiltrækkes af magneter, mens andre metaller som guld og sølv ikke er det. Endnu få mennesker kan forklare nøjagtigt, hvorfor jern har dette magiske forhold til magnetisme. For at nå frem til svaret er du nødt til at komme ned på atomniveauet og undersøge den magnetiske natur af et atoms elektroner.
Elektroner og magnetisme

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

Et elektronons magnetiske øjeblik er baseret på dets drejning og dets bane, som begge er rektorer af kvantemekanik. Uden at komme ind i kvanteforligninger er det nok at sige, at et elektrons magnetiske øjeblik skyldes dens bevægelse.
Hvad skaber et materiale magnetisk?

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

Den første ting, der skal ske, er, at der skal være en vis uenighed mellem atomerne. I mange stoffer samles alle elektronerne i ordnede par, hvor hver af dem udelukker den anden magnetiske egenskaber. Hvis du forestiller dig 1.000 lokomotiver, hvoraf halvdelen af dem forsøger at gå nord og den anden halvdel gå sydpå, vil ingen af dem flytte. Så for et stof, der skal være magnetisk, kan dets elektroner ikke alle sammenkobles.

Dette er i sig selv ikke nok til, at stoffet er magnetisk. Bare fordi et materiales elektroner ikke samles i par, betyder det ikke nødvendigvis, at stoffet er magnetisk. Mangan, for eksempel et vigtigt mineral, der findes i nødder og korn, og som er vigtigt for sunde knogler, er ikke magnetisk, selvom dets elektroner ikke samles i par. Hvis du havde 1001 togmotorer, 500 mod syd og 501 mod nord, vil den ekstra motor ikke gøre meget af forskellen.

Den anden ting, du har brug for, er at et tilstrækkeligt antal elektroner til at justere sig parallelt til hinanden - som mange lokomotiver, der vender i samme retning - så deres evne til at interagere med et eksternt magnetfelt er væsentlig 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. Flere andre stoffer kan imidlertid være ferromagnetiske, når de opvarmes eller kombineres med andre materialer.