Većina ljudi zna da magneti privlače željezo, dok drugi metali poput zlata i srebra nisu. Ipak, malo ljudi može točno objasniti zašto željezo ima taj čarobni odnos s magnetizmom. Da biste došli do odgovora, morate se spustiti na atomsku razinu i ispitati magnetsku prirodu elektrona atoma.
Elektroni i magnetizam
Znanost koja stoji iza magnetizma, poput elektriciteta, svodi se na elektrone, negativno nabijene čestice koje okružuju jezgru atoma. Svi elektroni imaju magnetska svojstva, baš kao što imaju i električna svojstva. Kad elektron pokaže magnetizam, i posljedično tome, njegova sposobnost interakcije s vanjskim magnetskim poljem, kaže se da ima magnetski moment.
Magnetski moment elektrona temelji se na njegovom vrtnju i njegovoj orbiti, što su oba principa kvantne mehanike. Ne ulazeći u kvantne jednadžbe, dovoljno je reći da je magnetski moment elektrona posljedica njegova gibanja.
Što čini materijal magnetskim?
Iako pojedinačni atomi u bilo kojoj tvari mogu imati magnetske momente, to ne znači da je i sama tvar magnetska. Da bi tvar bila magnetska, potreban vam je dovoljan broj atoma koji rade zajedno. Za to su potrebne dvije stvari.
Prvo što se mora dogoditi jest da između atoma mora postojati neko neslaganje. U mnogim se tvarima svi elektroni poredaju u uredne parove, a svaki od njih poništava magnetska svojstva drugog. Ako zamislite 1.000 lokomotiva, od kojih polovica pokušava ići na sjever, a druga polovica na jug, niti jedna se neće pomaknuti. Dakle, da bi tvar bila magnetska, ne mogu se svi njezini elektroni upariti.
Međutim, to samo po sebi nije dovoljno da bi tvar bila magnetska. Samo zato što se elektroni materijala ne slažu u parovima, ne mora nužno značiti da je tvar magnetska. Primjerice, mangan, važan mineral koji se nalazi u orašastim plodovima i žitaricama i neophodan je za zdrave kosti, nije magnetičan, iako se njegovi elektroni ne slažu u parovima. Ako ste imali 1001 motor vlakova, 500 okrenutih prema jugu i 501 okrenutih prema sjeveru, taj dodatni motor neće imati velike razlike.
Druga stvar koja vam treba je da se dovoljan broj elektrona poravna paralelno jedni s drugima - poput mnogih lokomotiva okrenuti u istom smjeru - tako da je njihova sposobnost interakcije s vanjskim magnetskim poljem dovoljno značajna da pomiče cjelinu objekt.
Bilo koji materijal koji ima ova dva uvjeta naziva se feromagnetski. Željezo je najčešći feromagnetski element. Druga dva feromagnetska elementa su nikal i kobalt. Međutim, nekoliko drugih tvari može biti feromagnetsko kad se zagriju ili kombiniraju s drugim materijalima.