A legtöbb ember tudja, hogy a vas vonzódik a mágnesekhez, míg más fémek, például az arany és az ezüst nem. Mégis kevesen tudják megmagyarázni, miért van a vasnak ez a varázslatos kapcsolata a mágnességgel. A válasz eléréséhez le kell jutnia az atom szintjére, és meg kell vizsgálnia az atom elektronjainak mágneses természetét.
Elektronok és mágnesesség
A mágnesesség tudománya, akárcsak az elektromosság, az elektronokig, az atom magját körülvevő negatív töltésű részecskékig jut le. Minden elektronnak van mágneses tulajdonsága, ugyanúgy, mint elektromos tulajdonságokkal. Amikor egy elektron mágnesességet mutat, következésképpen képes mûködni egy külsõ mágneses térrel, akkor azt mondják, hogy mágneses momentuma van.
Az elektron mágneses momentuma annak spinjére és pályájára épül, amelyek mind a kvantummechanika alapjai. A kvantumegyenletekbe való belépés nélkül elegendő azt mondani, hogy az elektron mágneses momentuma a mozgásának köszönhető.
Mitől mágneses az anyag?
Bár bármely anyag egyes atomjainak lehetnek mágneses nyomatékai, ez nem azt jelenti, hogy maga az anyag mágneses. Ahhoz, hogy az anyag mágneses legyen, elegendő számú atomra van szükség, amelyek együtt működnek. Ehhez két dologra van szükség.
Az első dolog, aminek meg kell történnie, az, hogy az atomok között némi nézeteltérésnek kell lennie. Sok anyagban az összes elektron rendezett párokban sorakozik fel, mindegyikük megszünteti a másik mágneses tulajdonságait. Ha 1000 mozdonyt képzel el, amelyek fele északra, a másik fele délre próbál menni, egyik sem fog mozogni. Tehát ahhoz, hogy egy anyag mágneses legyen, az elektronjai nem párosíthatók.
Ez azonban önmagában nem elegendő ahhoz, hogy az anyag mágneses legyen. Az, hogy egy anyag elektronjai nem állnak párban, nem feltétlenül jelenti azt, hogy az anyag mágneses. Például a mangán, a diófélékben és a gabonafélékben található fontos ásványi anyag, amely nélkülözhetetlen az egészséges csontok számára, nem mágneses, annak ellenére, hogy elektronjai nem állnak párban. Ha 1001 vonatmotorod lenne, 500 déli és 501 északi, akkor ez a külön motor nem fog nagy különbséget tenni.
A második dolog, amire szüksége van, hogy elegendő számú elektron álljon párhuzamosan egymással - mint sok mozdony ugyanabba az irányba néznek - tehát a külső mágneses mezővel való kölcsönhatásuk képessége elég lényeges az egész mozgatásához tárgy.
Bármely olyan anyagot, amelynek ez a két állapota fennáll, ferromágnesesnek nevezzük. A vas a leggyakoribb ferromágneses elem. Két másik ferromágneses elem a nikkel és a kobalt. Számos más anyag azonban ferromágneses lehet, ha melegítik vagy más anyagokkal kombinálják őket.
