Die meisten Leute wissen, dass Eisen von Magneten angezogen wird, während andere Metalle wie Gold und Silber dies nicht tun. Doch nur wenige Menschen können genau erklären, warum Eisen diese magische Beziehung zum Magnetismus hat. Um die Antwort zu erhalten, müssen Sie auf die atomare Ebene vordringen und die magnetische Natur der Elektronen eines Atoms untersuchen.
Elektronen und Magnetismus
Die Wissenschaft hinter dem Magnetismus beruht wie bei der Elektrizität auf den Elektronen, den negativ geladenen Teilchen, die den Atomkern umgeben. Alle Elektronen haben magnetische Eigenschaften, genauso wie sie elektrische Eigenschaften haben. Wenn ein Elektron Magnetismus aufweist und folglich mit einem externen Magnetfeld wechselwirken kann, spricht man von einem magnetischen Moment.
Das magnetische Moment eines Elektrons basiert auf seinem Spin und seiner Bahn, die beide Prinzipien der Quantenmechanik sind. Ohne auf Quantengleichungen einzugehen, genügt es zu sagen, dass das magnetische Moment eines Elektrons auf seine Bewegung zurückzuführen ist.
Was macht ein Material magnetisch?
Obwohl die einzelnen Atome in jeder Substanz magnetische Momente haben können, bedeutet dies nicht, dass die Substanz selbst magnetisch ist. Damit die Substanz magnetisch ist, benötigen Sie eine ausreichende Anzahl von Atomen, die alle zusammenarbeiten. Dies erfordert zwei Dinge.
Das erste, was passieren muss, ist, dass es zwischen den Atomen eine Meinungsverschiedenheit geben muss. In vielen Substanzen reihen sich alle Elektronen in geordneten Paaren auf, wobei jedes die magnetischen Eigenschaften des anderen aufhebt. Stellt man sich 1.000 Lokomotiven vor, von denen die eine Hälfte nach Norden und die andere nach Süden versucht, wird sich keine davon bewegen. Damit eine Substanz magnetisch ist, können ihre Elektronen nicht alle gepaart sein.
Dies allein reicht jedoch nicht aus, damit die Substanz magnetisch ist. Nur weil sich die Elektronen eines Materials nicht paarweise aneinanderreihen, bedeutet das nicht unbedingt, dass die Substanz magnetisch ist. Mangan zum Beispiel, ein wichtiger Mineralstoff, der in Nüssen und Getreide vorkommt und für gesunde Knochen unerlässlich ist, ist nicht magnetisch, obwohl seine Elektronen nicht paarweise aneinanderreihen. Wenn Sie 1001 Lokomotiven haben, 500 nach Süden und 501 nach Norden, wird diese zusätzliche Lokomotive keinen großen Unterschied machen.
Das zweite, was Sie brauchen, ist, dass sich genügend Elektronen parallel zueinander ausrichten – wie bei vielen Lokomotiven in die gleiche Richtung zeigen – ihre Fähigkeit, mit einem externen Magnetfeld zu interagieren, ist groß genug, um das gesamte zu bewegen move Objekt.
Jedes Material, das diese beiden Bedingungen erfüllt, wird als ferromagnetisch bezeichnet. Eisen ist das häufigste ferromagnetische Element. Zwei weitere ferromagnetische Elemente sind Nickel und Kobalt. Einige andere Stoffe können jedoch ferromagnetisch sein, wenn sie erhitzt oder mit anderen Materialien kombiniert werden.