لماذا يجذب المغناطيس الحديد؟

يعرف معظم الناس أن الحديد ينجذب إلى المغناطيس ، في حين أن المعادن الأخرى مثل الذهب والفضة ليست كذلك. ومع ذلك ، فإن قلة من الناس يمكنهم تفسير سبب ارتباط الحديد بهذه العلاقة السحرية بالمغناطيسية. للوصول إلى الإجابة ، عليك النزول إلى المستوى الذري وفحص الطبيعة المغناطيسية لإلكترونات الذرة.

يعود العلم وراء المغناطيسية ، مثل الكهرباء ، إلى الإلكترونات ، الجسيمات سالبة الشحنة المحيطة بنواة الذرة. جميع الإلكترونات لها خواص مغناطيسية ، تمامًا كما لها خصائص كهربائية. عندما يُظهر الإلكترون المغناطيسية ، وبالتالي ، قدرته على التفاعل مع مجال مغناطيسي خارجي ، يُقال إن لديه لحظة مغناطيسية.

تعتمد العزم المغناطيسي للإلكترون على دورانه ودوره ، وكلاهما أساسيان لميكانيكا الكم. بدون الخوض في المعادلات الكمومية ، يكفي أن نقول أن العزم المغناطيسي للإلكترون يرجع إلى حركته.

في حين أن الذرات الفردية في أي مادة يمكن أن يكون لها لحظات مغناطيسية ، فإن هذا لا يعني أن المادة نفسها مغناطيسية. لكي تكون المادة مغناطيسية ، فأنت بحاجة إلى عدد كافٍ من الذرات تعمل جميعها معًا. هذا يتطلب شيئين.

أول شيء يجب أن يحدث هو أنه لا بد من وجود بعض الخلاف بين الذرات. في العديد من المواد ، تصطف جميع الإلكترونات في أزواج منظمة ، كل منها يلغي الخصائص المغناطيسية للآخر. إذا تخيلت 1000 قاطرة ، نصفها يحاول التوجه شمالًا والنصف الآخر يتجه جنوبًا ، فلن يتحرك أي منهما. لذلك ، لكي تكون المادة مغناطيسية ، لا يمكن إقران جميع إلكتروناتها.

ومع ذلك ، هذا في حد ذاته لا يكفي أن تكون المادة مغناطيسية. فقط لأن إلكترونات المادة لا تصطف في أزواج لا يعني بالضرورة أن المادة مغناطيسية. المنغنيز ، على سبيل المثال ، معدن مهم موجود في المكسرات والحبوب وضرورى لصحة العظام ، ليس ممغنطًا ، على الرغم من أن إلكتروناته لا تصطف في أزواج. إذا كان لديك 1001 محرك قطار ، 500 تواجه الجنوب و 501 تواجه الشمال ، فإن هذا المحرك الإضافي لن يحدث فرقًا كبيرًا.

الشيء الثاني الذي تحتاجه هو وجود عدد كافٍ من الإلكترونات لتتوازي مع بعضها البعض - مثل الكثير من القاطرات تواجه نفس الاتجاه - لذا فإن قدرتها على التفاعل مع مجال مغناطيسي خارجي كبيرة بما يكفي لتحريك الكل موضوع.

أي مادة لها هذين الشرطين تسمى المغناطيسية الحديدية. الحديد هو أكثر العناصر المغناطيسية شيوعًا. عنصران آخران مغنطيسيان هما النيكل والكوبالت. ومع ذلك ، يمكن أن تكون العديد من المواد الأخرى مغنطيسية مغناطيسية عند تسخينها أو دمجها مع مواد أخرى.