La plupart des gens savent que le fer est attiré par les aimants, alors que d'autres métaux comme l'or et l'argent ne le sont pas. Pourtant, peu de gens peuvent expliquer exactement pourquoi le fer a cette relation magique avec le magnétisme. Pour arriver à la réponse, vous devez descendre au niveau atomique et examiner la nature magnétique des électrons d'un atome.
Électrons et magnétisme
La science derrière le magnétisme, comme l'électricité, se résume aux électrons, les particules chargées négativement entourant le noyau d'un atome. Tous les électrons ont des propriétés magnétiques, tout comme ils ont des propriétés électriques. Lorsqu'un électron présente du magnétisme et, par conséquent, sa capacité à interagir avec un champ magnétique externe, on dit qu'il a un moment magnétique.
Le moment magnétique d'un électron est basé sur son spin et son orbite, qui sont tous deux les principes de la mécanique quantique. Sans entrer dans les équations quantiques, il suffit de dire que le moment magnétique d'un électron est dû à son mouvement.
Qu'est-ce qui rend un matériau magnétique ?
Alors que les atomes individuels dans n'importe quelle substance peuvent avoir des moments magnétiques, cela ne signifie pas que la substance elle-même est magnétique. Pour que la substance soit magnétique, vous avez besoin d'un nombre suffisant d'atomes travaillant tous ensemble. Cela nécessite deux choses.
La première chose qui doit arriver est qu'il doit y avoir un certain désaccord entre les atomes. Dans de nombreuses substances, tous les électrons s'alignent en paires ordonnées, chacun annulant les propriétés magnétiques de l'autre. Si vous imaginez 1 000 locomotives, la moitié essayant d'aller vers le nord et l'autre moitié allant vers le sud, aucune d'entre elles ne va bouger. Ainsi, pour qu'une substance soit magnétique, ses électrons ne peuvent pas tous être appariés.
Cependant, cela en soi n'est pas suffisant pour que la substance soit magnétique. Ce n'est pas parce que les électrons d'un matériau ne s'alignent pas par paires que la substance est magnétique. Le manganèse, par exemple, un minéral important présent dans les noix et les céréales et essentiel à la santé des os, n'est pas magnétique, même si ses électrons ne s'alignent pas par paires. Si vous aviez 1001 locomotives, 500 face au sud et 501 face au nord, cette locomotive supplémentaire ne fera pas beaucoup de différence.
La deuxième chose dont vous avez besoin est qu'un nombre suffisant d'électrons s'alignent parallèlement les uns aux autres - comme beaucoup de locomotives faisant face dans la même direction - de sorte que leur capacité à interagir avec un champ magnétique externe est suffisamment importante pour déplacer l'ensemble objet.
Tout matériau qui a ces deux conditions est appelé ferromagnétique. Le fer est l'élément ferromagnétique le plus courant. Deux autres éléments ferromagnétiques sont le nickel et le cobalt. Cependant, plusieurs autres substances peuvent être ferromagnétiques lorsqu'elles sont chauffées ou combinées avec d'autres matériaux.