Daugelis žmonių žino, kad geležį traukia magnetai, o kiti metalai, pavyzdžiui, auksas ir sidabras, ne. Vis dėlto nedaugelis žmonių gali tiksliai paaiškinti, kodėl geležis turi šį magišką ryšį su magnetizmu. Kad gautumėte atsakymą, turite nusileisti iki atomo lygio ir ištirti magnetinę atomo elektronų prigimtį.
Elektronai ir magnetizmas
Magnetizmo, kaip ir elektros, srities mokslas priklauso nuo elektronų - neigiamai įkrautų dalelių, supančių atomo branduolį. Visi elektronai turi magnetines savybes, kaip ir elektrines savybes. Kai elektronas pasižymi magnetizmu, taigi ir gebėjimu sąveikauti su išoriniu magnetiniu lauku, sakoma, kad jis turi magnetinį momentą.
Elektrono magnetinis momentas yra pagrįstas jo sukimu ir orbita, kurie abu yra kvantinės mechanikos pagrindai. Neįsigilinus į kvantines lygtis, pakanka pasakyti, kad elektrono magnetinis momentas yra dėl jo judėjimo.
Kas daro medžiagą magnetine?
Nors atskiri bet kurios medžiagos atomai gali turėti magnetinius momentus, tai nereiškia, kad pati medžiaga yra magnetinė. Kad medžiaga būtų magnetinė, reikia, kad visi kartu veiktų pakankamai atomų. Tam reikia dviejų dalykų.
Pirmiausia turi įvykti tai, kad tarp atomų turi būti tam tikrų nesutarimų. Daugelyje medžiagų visi elektronai išsidėstę eilėmis poromis, kiekvienas iš jų panaikina kitų magnetines savybes. Jei įsivaizduojate 1000 lokomotyvų, kurių pusė bando eiti į šiaurę, kita pusė - į pietus, nė vienas iš jų neketina judėti. Taigi, kad medžiaga būtų magnetinė, jos elektronai negali būti suporuoti.
Tačiau to savaime nepakanka, kad medžiaga būtų magnetinė. Tai, kad medžiagos elektronai nesirikiuoja poromis, dar nereiškia, kad medžiaga yra magnetinė. Pavyzdžiui, manganas, svarbus riešutuose ir grūduose esantis mineralas, būtinas sveikiems kaulams, nėra magnetinis, nors jo elektronai nesirikiuoja poromis. Jei turėtumėte 1001 traukinio variklį, 500 - į pietus ir 501 - į šiaurę, tas papildomas variklis neturės jokio skirtumo.
Antras dalykas, kurio jums reikia, yra pakankamas elektronų skaičius, kad jie susilygintų lygiagrečiai vienas kitam - kaip ir daugelis lokomotyvų susiduria ta pačia kryptimi - taigi jų gebėjimas sąveikauti su išoriniu magnetiniu lauku yra pakankamai reikšmingas, kad judėtų visuma objektas.
Bet kuri medžiaga, turinti šias dvi sąlygas, vadinama feromagnetine. Geležis yra labiausiai paplitęs feromagnetinis elementas. Du kiti feromagnetiniai elementai yra nikelis ir kobaltas. Tačiau kelios kitos medžiagos gali būti feromagnetinės, kai jos yra kaitinamos arba sujungiamos su kitomis medžiagomis.