La maggior parte delle persone sa che il ferro è attratto dai magneti, mentre altri metalli come l'oro e l'argento non lo sono. Eppure poche persone possono spiegare esattamente perché il ferro ha questa relazione magica con il magnetismo. Per arrivare alla risposta, devi scendere al livello atomico ed esaminare la natura magnetica degli elettroni di un atomo.
Elettroni e magnetismo
La scienza dietro il magnetismo, come l'elettricità, si riduce agli elettroni, le particelle cariche negativamente che circondano il nucleo di un atomo. Tutti gli elettroni hanno proprietà magnetiche, così come hanno proprietà elettriche. Quando un elettrone mostra magnetismo e, di conseguenza, la sua capacità di interagire con un campo magnetico esterno, si dice che abbia un momento magnetico.
Il momento magnetico di un elettrone si basa sul suo spin e sulla sua orbita, che sono entrambi i principi della meccanica quantistica. Senza entrare nelle equazioni quantistiche, basti dire che il momento magnetico di un elettrone è dovuto al suo moto.
Cosa rende magnetico un materiale?
Mentre i singoli atomi in qualsiasi sostanza possono avere momenti magnetici, ciò non significa che la sostanza stessa sia magnetica. Perché la sostanza sia magnetica, è necessario un numero sufficiente di atomi che lavorino tutti insieme. Ciò richiede due cose.
La prima cosa che deve accadere è che ci deve essere un disaccordo tra gli atomi. In molte sostanze, tutti gli elettroni si allineano in coppie ordinate, annullando ciascuno le proprietà magnetiche dell'altro. Se immagini 1.000 locomotive, metà delle quali cercano di andare a nord e l'altra metà a sud, nessuna di loro si muoverà. Quindi, affinché una sostanza sia magnetica, i suoi elettroni non possono essere tutti accoppiati.
Tuttavia, questo di per sé non è sufficiente perché la sostanza sia magnetica. Solo perché gli elettroni di un materiale non si allineano a coppie non significa necessariamente che la sostanza sia magnetica. Il manganese, ad esempio, un minerale importante presente nelle noci e nei cereali ed essenziale per la salute delle ossa, non è magnetico, anche se i suoi elettroni non si allineano in coppia. Se avessi 1001 locomotive, 500 rivolte a sud e 501 rivolte a nord, quel motore in più non farà molta differenza.
La seconda cosa di cui hai bisogno è che un numero sufficiente di elettroni si allinei parallelamente l'uno all'altro, come molte locomotive rivolti nella stessa direzione, quindi la loro capacità di interagire con un campo magnetico esterno è abbastanza sostanziale da spostare l'intero oggetto.
Qualsiasi materiale che ha queste due condizioni è chiamato ferromagnetico. Il ferro è l'elemento ferromagnetico più comune. Altri due elementi ferromagnetici sono il nichel e il cobalto. Tuttavia, molte altre sostanze possono essere ferromagnetiche quando vengono riscaldate o combinate con altri materiali.