Lielākā daļa cilvēku zina, ka dzelzi piesaista magnēti, bet citi metāli, piemēram, zelts un sudrabs, nav. Tomēr tikai daži cilvēki var precīzi izskaidrot, kāpēc dzelzs ir šīs maģiskās attiecības ar magnētismu. Lai nonāktu pie atbildes, jums jānokļūst līdz atomu līmenim un jāpārbauda atoma elektronu magnētiskā daba.
Elektroni un magnētisms
Magnetisma zinātne, tāpat kā elektrība, nonāk pie elektroniem - negatīvi lādētām daļiņām, kas ap atoma kodolu. Visiem elektroniem ir magnētiskās īpašības, tāpat kā tām ir elektriskās īpašības. Kad elektronam piemīt magnētisms un līdz ar to tā spēja mijiedarboties ar ārējo magnētisko lauku, tam ir magnētiskais moments.
Elektrona magnētiskā momenta pamatā ir tā griešanās un orbīta, kas abi ir kvantu mehānikas principi. Neiekļūstot kvantu vienādojumos, pietiek pateikt, ka elektrona magnētiskais moments ir saistīts ar tā kustību.
Kas padara materiālu magnētisku?
Kaut arī jebkuras vielas atsevišķiem atomiem var būt magnētiski momenti, tas nenozīmē, ka pati viela ir magnētiska. Lai viela būtu magnētiska, jums ir nepieciešams pietiekams skaits visu atomu, kas darbojas kopā. Tam nepieciešamas divas lietas.
Vispirms ir jānotiek, ka starp atomiem jābūt zināmām domstarpībām. Daudzās vielās visi elektroni sakārtojas kārtīgos pāros, katrs no tiem atceļot otra magnētiskās īpašības. Ja jūs iedomājieties 1000 lokomotīves, no kurām puse mēģina doties uz ziemeļiem, bet otra puse - uz dienvidiem, neviena no tām nepārvietojas. Tātad, lai viela būtu magnētiska, tās visus elektronus nevar savienot pārī.
Tomēr ar to vien nepietiek, lai viela būtu magnētiska. Tas, ka materiāla elektroni nesakrīt pa pāriem, nenozīmē, ka viela ir magnētiska. Piemēram, mangāns, kas ir svarīgs minerāls, kas atrodams riekstos un graudaugos, un kas ir būtisks veseliem kauliem, nav magnētisks, kaut arī tā elektroni nav rindā pa pāriem. Ja jums bija 1001 vilciena dzinējs, 500 - uz dienvidiem un 501 - uz ziemeļiem, šis papildu dzinējs neko daudz nemainīs.
Otra lieta, kas jums nepieciešama, ir tas, ka pietiekams skaits elektronu izlīdzinās paralēli viens otram - tāpat kā daudzas lokomotīves saskaras tajā pašā virzienā - tāpēc viņu spēja mijiedarboties ar ārējo magnētisko lauku ir pietiekami būtiska, lai pārvietotu visu objekts.
Jebkuru materiālu, kuram ir šie divi apstākļi, sauc par feromagnētiskiem. Dzelzs ir visizplatītākais feromagnētiskais elements. Divi citi feromagnētiskie elementi ir niķelis un kobalts. Tomēr vairākas citas vielas var būt feromagnētiskas, ja tās karsē vai kombinē ar citiem materiāliem.
