Повечето хора знаят, че желязото се привлича от магнити, докато други метали като златото и среброто не са. И все пак малко хора могат да обяснят защо желязото има тази магическа връзка с магнетизма. За да стигнете до отговора, трябва да слезете до атомното ниво и да изследвате магнитната природа на електроните на атома.
Електрони и магнетизъм
Науката зад магнетизма, подобно на електричеството, се свежда до електроните, отрицателно заредените частици, заобикалящи ядрото на атома. Всички електрони имат магнитни свойства, точно както имат електрически свойства. Когато електрон проявява магнетизъм и следователно, способността му да взаимодейства с външно магнитно поле, се казва, че има магнитен момент.
Магнитният момент на електрона се основава на неговия спин и неговата орбита, които са и двата принципа на квантовата механика. Без да навлизаме в квантови уравнения, достатъчно е да кажем, че магнитният момент на електрона се дължи на неговото движение.
Какво прави материала магнитен?
Докато отделните атоми във всяко вещество могат да имат магнитни моменти, това не означава, че самото вещество е магнитно. За да бъде веществото магнитно, се нуждаете от достатъчен брой атоми, които работят заедно. Това изисква две неща.
Първото нещо, което трябва да се случи, е, че трябва да има известни разногласия между атомите. В много вещества всички електрони се нареждат подредени по двойки, като всеки от тях отменя магнитните свойства на другия. Ако си представите 1000 локомотива, половината от тях се опитват да тръгнат на север, а другата половина - на юг, никой от тях няма да се премести. Така че, за да бъде веществото магнитно, не може всички негови електрони да бъдат сдвоени.
Това обаче само по себе си не е достатъчно, за да може веществото да бъде магнитно. Това, че електроните на материала не се подреждат по двойки, не означава непременно, че веществото е магнитно. Манганът, например, важен минерал, който се намира в ядките и зърнените култури и е от съществено значение за здравите кости, не е магнитен, въпреки че неговите електрони не се подреждат по двойки. Ако сте имали 1001 двигатели за влакове, 500 с лице на юг и 501 с лице на север, този допълнителен двигател няма да направи голяма разлика.
Второто нещо, от което се нуждаете, е достатъчен брой електрони да се подредят успоредно един на друг - като много локомотиви обърнати в една и съща посока - така че способността им да взаимодействат с външно магнитно поле е достатъчно значителна, за да премести цялото обект.
Всеки материал, който има тези две условия, се нарича феромагнитен. Желязото е най-често срещаният феромагнитен елемент. Други два феромагнитни елемента са никел и кобалт. Въпреки това, няколко други вещества могат да бъдат феромагнитни, когато се нагряват или комбинират с други материали.