מדוע מגנט מושך ברזל?

רוב האנשים יודעים שברזל נמשך למגנטים, בעוד שמתכות אחרות כמו זהב וכסף אינן. אולם מעטים האנשים שיכולים להסביר מדוע יש לברזל את הקשר הקסום הזה עם המגנטיות. כדי להגיע לתשובה עליכם לרדת לרמה האטומית ולבחון את האופי המגנטי של האלקטרונים של האטום.

המדע שמאחורי המגנטיות, כמו חשמל, מסתכם באלקטרונים, החלקיקים הטעונים שלילית המקיפים את גרעין האטום. לכל האלקטרונים יש תכונות מגנטיות, בדיוק כמו שיש להם תכונות חשמליות. כאשר אלקטרון מגלה מגנטיות, וכתוצאה מכך, היכולת שלו לתקשר עם שדה מגנטי חיצוני, נאמר שיש לו רגע מגנטי.

הרגע המגנטי של אלקטרון מבוסס על סיבובו ומסלולו, שניהם עיקרי מכניקת הקוונטים. מבלי להיכנס למשוואות קוונטיות, מספיק לומר שהרגע המגנטי של אלקטרון נובע מתנועתו.

בעוד שלאטומים בודדים בכל חומר יכול להיות רגעים מגנטיים, אין זה אומר שהחומר עצמו הוא מגנטי. כדי שהחומר יהיה מגנטי, אתה צריך מספר מספיק של אטומים שכולם עובדים יחד. זה דורש שני דברים.

הדבר הראשון שצריך לקרות הוא שחייבת להיות אי הסכמה בין האטומים. בחומרים רבים כל האלקטרונים מסתדרים בזוגות מסודרים, כל אחד מהם מבטל את התכונות המגנטיות של השני. אם אתה מדמיין 1,000 קטרים, מחציתם מנסים ללכת צפונה והחצי השני דרומה, אף אחד מהם לא יזוז. לכן, כדי שחומר יהיה מגנטי, לא ניתן לזווג את כל האלקטרונים שלו.

עם זאת, זה כשלעצמו לא מספיק כדי שהחומר יהיה מגנטי. רק בגלל שהאלקטרונים של חומר לא מסתדרים בזוגות זה לא אומר בהכרח שהחומר מגנטי. מנגן, למשל, מינרל חשוב המצוי באגוזים ובדגנים וחיוני לעצמות בריאות, אינו מגנטי, למרות שהאלקטרונים שלו אינם מסתדרים בזוגות. אם היו לך 1001 מנועי רכבת, 500 פונים דרומה ו 501 פונים צפונה, המנוע הנוסף הזה לא ישפיע הרבה.

הדבר השני שאתה צריך זה שמספר מספיק של אלקטרונים יתיישרו במקביל זה לזה - כמו הרבה קטרים פונה לאותו כיוון - כך שהיכולת שלהם לתקשר עם שדה מגנטי חיצוני היא מספיק משמעותית כדי להזיז את כולו לְהִתְנַגֵד.

כל חומר שיש בו שני התנאים האלה נקרא פרומגנטי. ברזל הוא היסוד הפרומגנטי הנפוץ ביותר. שני אלמנטים פרומגנטיים אחרים הם ניקל וקובלט. עם זאת, כמה חומרים אחרים יכולים להיות פרומגנטיים כאשר הם מחוממים או משולבים עם חומרים אחרים.