Hvad gør magneter stærke?

Magnetisme er navnet på det kraftfelt, der genereres af magneter. Gennem det tiltrækker magneter visse metaller på afstand, hvilket får dem til at komme tættere på uden nogen åbenbar årsag. Det er også det middel, hvormed magneter påvirker hinanden. Alle magneter har to poler, kaldet “nord” og “syd” poler. Ligesom magnetiske poler tiltrækker hinanden, mens i modsætning til magnetiske poler skubber hinanden væk. Der er mange forskellige slags magneter med et stort udvalg af styrkeniveauer. Nogle magneter er næppe stærke nok til at holde papir i et køleskab. Andre er stærke nok til at løfte biler.

For at forstå, hvad der gør magneter stærke, skal du forstå noget af historien om magnetismens videnskab. I begyndelsen af ​​det 19. århundrede var eksistensen af ​​magnetisme velkendt, ligesom eksistensen af ​​elektricitet. Disse blev generelt betragtet som to helt separate fænomener. Imidlertid beviste fysikeren Hans Christian Oersted i 1820, at elektriske strømme genererer magnetfelter. Kort efter, i 1855, beviste en anden fysiker, Michael Faraday, at skiftende magnetfelter kunne generere elektriske strømme. Således blev det vist, at elektricitet og magnetisme er en del af det samme fænomen.

Al materie er lavet af atomer, og alle atomer er lavet af små elektriske ladninger. I midten af ​​hvert atom sidder kernen, en lille tæt materieklump med en positiv elektrisk ladning. Omkring hver kerne er en lidt større sky af negativt ladede elektroner, der holdes på plads af atomets kerne.

Elektroner er konstant på farten. De drejer såvel som at bevæge sig omkring de atomer, de er en del af, og nogle elektroner bevæger sig endda fra et atom til et andet. Hver bevægelig elektron er en lille elektrisk strøm, fordi en elektrisk strøm bare er en elektrisk ladning i bevægelse. Derfor, som Oersted viste, genererer hver elektron i hvert atom sit eget lille magnetfelt.

I de fleste materialer peger disse små magnetfelter i mange forskellige retninger og annullerer derfor hinanden ifølge Kristen Coyne fra National High Magnetic Field Laboratory. Nordpoler er ved siden af ​​sydpolerne så ofte som ikke, og hele objektets nettomagnetiske felt er tæt på nul.

Når nogle materialer udsættes for et eksternt magnetfelt, ændres dette billede. Det ydre magnetfelt tvinger alle disse små magnetfelter til at stille sig. Nordpolen skubber alle de små nordpoler i samme retning: væk fra den. Den trækker alle de små magnetiske sydpoler mod den. Dette får de små magnetfelter inde i materialet til at tilføje deres effekter sammen. Resultatet er et stærkt nettomagnetisk felt i objektet som helhed.

Jo mere kraftfuldt det eksterne magnetiske felt, der påføres, jo større er magnetiseringen, der resulterer. Dette er den første af de faktorer, der bestemmer, hvor stærk en magnet bliver. Den anden er typen af ​​materiale, magneten er lavet af. Forskellige materialer producerer magneter med forskellige styrker. Dem med en høj magnetisk permeabilitet (som er en måling af, hvor lydhøre de er over for magnetfelter) fremstiller de stærkeste magneter. Af denne grund bruges rent jern til at fremstille nogle af de stærkeste magneter.