Τι προκαλεί τα πράγματα να μαγνητιστούν;

Πολλοί άνθρωποι θεωρούν δεδομένους τους μαγνήτες. Βρίσκονται παντού από τα εργαστήρια φυσικής έως τις πυξίδες που χρησιμοποιούνται για ταξίδια κατασκήνωσης σε αναμνηστικά κολλημένα σε ψυγεία. Ορισμένα υλικά είναι πιο ευαίσθητα στον μαγνητισμό από άλλα. Ορισμένοι τύποι μαγνητών, όπως οι ηλεκτρομαγνήτες, μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν, ενώ οι μόνιμοι μαγνήτες παράγουν συνεχώς ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο.

Όλα τα υλικά αποτελούνται από μαγνητικούς τομείς. Αυτές είναι μικροσκοπικές τσέπες που περιέχουν ατομικά δίπολα. Όταν αυτά τα δίπολα ευθυγραμμίζονται σε μία μόνο κατεύθυνση, το υλικό παρουσιάζει μαγνητικές ιδιότητες. Ο σίδηρος ειδικότερα είναι ένα στοιχείο του οποίου τα δίπολα ευθυγραμμίζονται εύκολα. Σε άλλα υλικά, τα δίπολα μπορούν να ευθυγραμμιστούν εντός ενός πεδίου αλλά όχι σε σχέση με άλλους τομείς στο ίδιο κομμάτι υλικού. Αυτοί οι τομείς μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που ονομάζεται μικροσκοπία μαγνητικής δύναμης. Όταν ένα υλικό τοποθετείται σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο, τα πεδία του θα ευθυγραμμιστούν και το ίδιο το υλικό θα μαγνητιστεί. Δεν πρέπει να ευθυγραμμιστούν όλοι οι τομείς για να επιτευχθεί ο μαγνητισμός.

Η έκθεση σε ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένας άλλος τρόπος για την ευθυγράμμιση μαγνητικών περιοχών. Όταν δύο καλώδια έχουν ηλεκτρικό ρεύμα που διατρέχει αυτά, θα υπάρχει μαγνητική έλξη μεταξύ τους εάν τα ρεύματα τρέχουν στην ίδια κατεύθυνση. Τα καλώδια θα απωθούν το ένα το άλλο εάν τα ρεύματά τους είναι σε αντίθετη κατεύθυνση. Η Γη είναι ένας μαγνήτης που παράγεται από ηλεκτρικά ρεύματα στον τετηγμένο πυρήνα του πλανήτη Οι επιστήμονες της Εθνικής Υπηρεσίας Αεροναυτικής και Διαστήματος συνεχίζουν να αναζητούν την πηγή αυτών ρεύματα.

Ο σιδηρομαγνητισμός είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται σε ορισμένα μέταλλα, κυρίως σίδηρος, κοβάλτιο και νικέλιο, που προκαλεί το μέταλλο να γίνει μαγνητικό. Τα άτομα σε αυτά τα μέταλλα έχουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων και όταν το μέταλλο εκτίθεται σε ένα αρκετά ισχυρό μαγνητικό πεδίο, οι περιστροφές αυτών των ηλεκτρονίων ευθυγραμμίζονται παράλληλα το ένα με το άλλο. Αυτός είναι ο λόγος που οι πυρήνες σιδήρου χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρομαγνητικά σωληνοειδή και περιελίξεις μετασχηματιστών. Το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που ενισχύεται από τον μαγνητισμό του σιδήρου.

Τα υλικά παραμένουν μαγνητικά σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από τη θερμοκρασία Curie. Αυτή η θερμοκρασία είναι διαφορετική για διάφορα μέταλλα και περιγράφει το σημείο στο οποίο εξαφανίζεται η σειρά των μαγνητικών περιοχών μεγάλης εμβέλειας. Η σειρά μεγάλης εμβέλειας είναι αυτή που κρατά τα μαγνητικά πεδία σε έναν συγκεκριμένο προσανατολισμό. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες Curie σημαίνουν ότι απαιτείται περισσότερη ενέργεια για τον αποπροσανατολισμό των μαγνητικών περιοχών ενός υλικού. Όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τη θερμοκρασία Curie και το υλικό τοποθετηθεί σε μαγνητικό πεδίο, θα γίνει ξανά μαγνητικό.