מה הופך חומר מגנטי?

לא סתם חומר יכול להיות מגנטי. למעשה, מכל האלמנטים הידועים, רק קומץ מחזיק ביכולת מגנטית והם משתנים לפי דרגה. המגנטים החזקים ביותר הם אלקטרומגנטים, אשר צוברים את כוחם האטרקטיבי רק כאשר הזרם עובר דרכם. זרם הוא תנועת האלקטרונים, ואלקטרונים הם אלו שהופכים חומרים למגנטיים. ישנם חומרים מרוכבים שהם מגנטיים, המכונים בדרך כלל חומר ברזלי, אם כי הם אינם חזקים כמו אלקטרומגנטים.

במילים פשוטות, מגנטיות היא על כל האלקטרונים. אלקטרונים קטנים יותר מחלקיקים מיקרוסקופיים שמסתובבים סביב גרעין האטום. כל אלקטרון מתנהג כמו המגנט הזעיר שלו עם הקוטב הצפוני והדרומי. כאשר האלקטרונים של אטום מסודרים באותו כיוון, כולם מכוונים צפונה או כולם מכוונים דרומה, האטום הופך למגנטי. ומכיוון שאלקטרונים מסתובבים או מסתובבים סביב גרעין האטום, ייתכן שגם אטום יחזיק מגנט שדה כאשר הקטבים לא כולם מיושרים בגלל סיבוב האלקטרונים, מה שהופך את האטום למשהו כמו אלקטרומגנט.

אין אלמנטים סטטיים שהם מגנטיים באופן טבעי. ישנם חומרים הנמשכים חזק יותר על ידי שדות מגנטיים. החומרים הנמשכים ביותר לשדה מגנטי הם ברזל ופלדה. עם זאת, ישנם תערובות חומרים נדירות מעשה ידי אדם שתורמות להפוך לאלקטרומגנטיות על ידי להיות חשוף לשדה מגנטי חזק ומחזיק מטען אלקטרומגנטי לתקופות ארוכות של זְמַן. בשל יכולתם להחזיק שדה מגנטי לפרקי זמן ארוכים, הם נחשבים למגנטים קבועים. שני החומרים החזקים הקבועים ביותר הם ברזל-ניאודימיום-בורון ואלומיניום-ניקל-קובלט.

קשה להסביר את תחום המגנטיקה בדיוק מכיוון שיש הרבה שהמדע עדיין לא מבין לגבי שדות מגנטיים. במילים פשוטות, שדות מגנטיים חזקים נמדדים בטסלה, והשדות המגנטיים הנפוצים והחלשים יותר שנמצאים בדברים כמו רמקולים סטריאו נמדדים בגאוס. צריך 10,000 גאוס להכנת טסלה אחת.

דרך קלה יותר לתאר זאת היא לחשוב על משיכה כבידה. כוח המשיכה של כדור הארץ נחשב לטסלה אחת או כ -10,000 גאוס. אתה יכול לחשוב על הכוח המגנטי של גאוס כעל משקל, או על כמות הכוח שמופעלת על ידי משיכת כוח משיכה. יידרשו 50 נוצות השוות לגאוס אחד של כוח הנמדד כמשקל, או במקרה זה, כמשיכה מגנטית. משקל וכוח מגנטי אינם משתווים באופן ישיר אלא מוצעים כדוגמה לתת תחושה של המשיכה המגנטית או הכוח של הגאוס.

מדענים יודעים שלארץ יש תכונה מגנטית מכיוון שפיסת פלדה או ברזל צפה חופשית תמיד תצביע על צפון מגנטי. שם מתכנסים כל קווי האורך בקוטב הצפוני. אמנם לא ניתן להפעיל כוח מגנטי על מרבית הנוזלים, אך ניתן להעבירו על ליבת כדור הארץ, המורכבת מברזל מותך. וזה מחזיר אותנו לאלקטרונים מסתובבים. כאשר כדור הארץ מסתובב על צירו, כך גם ליבת הברזל המותכת שלו וכל האלקטרונים הטעונים חשמליים שלהם, היוצרים שדה מגנטי. השמש מסתובבת גם על ציר שלה, והחומר שלה כפלזמה (בדומה לעקביות נוזלית) יוצר את השדה המגנטי שלה.

כמו שקטבים מגנטיים דוחים זה את זה בעוד שקטבים מגנטיים מנוגדים מושכים. מגנטים נמשכים באופן טבעי לשדות מגנטיים גבוהים יותר. תחשוב שיש שני מגנטים, אחד ב -10 טסלה ואחד ב -1 טסלה. מגנט 10 הטסלה מפעיל שדה מגנטי חזק יותר. פיסת חומר מגנטי, הממוקמת במרחק שווה משני המגנטים, תימשך לחזק של שני השדות המגנטיים. לכן כששני מגנטים בקוטביות דומה מתקרבים זה לזה, נראה שהם נדחקים או נרתעים כאשר למעשה הם מחפשים שדה מגנטי גבוה יותר. במילים אחרות, נראה ששני מגנטים מכוונים צפונה דוחים כי הם נמשכים למעשה על ידי השדה המגנטי ההפוך לדרום.