Hva gjør magneter sterke?

Magnetisme er navnet på kraftfeltet som genereres av magneter. Gjennom den tiltrekker magneter visse metaller på avstand, og får dem til å bevege seg nærmere uten noen åpenbar årsak. Det er også måten magneter påvirker hverandre på. Alle magneter har to stolper, kalt “nord” og “sør” poler. Som magnetpoler tiltrekker hverandre, mens i motsetning til magnetpoler skyver hverandre bort. Det er mange forskjellige slags magneter med et stort utvalg av styrke. Noen magneter er knapt sterke nok til å holde papir i et kjøleskap. Andre er sterke nok til å løfte biler.

For å forstå hva som gjør magneter sterke, må du forstå noe av historien om magnetismens vitenskap. Tidlig på 1800-tallet var eksistensen av magnetisme velkjent, det samme var eksistensen av elektrisitet. Disse ble generelt sett på som to helt separate fenomener. I 1820 beviste imidlertid fysikeren Hans Christian Oersted at elektriske strømmer genererer magnetfelt. Rett etter, i 1855, beviste en annen fysiker, Michael Faraday, at skiftende magnetfelt kunne generere elektriske strømmer. Dermed ble det vist at elektrisitet og magnetisme er en del av det samme fenomenet.

All materie er laget av atomer, og alle atomer er laget av små elektriske ladninger. I sentrum av hvert atom sitter kjernen, en liten tett materieklump med en positiv elektrisk ladning. Rundt hver kjerne er en litt større sky av negativt ladede elektroner, holdt på plass av den elektriske tiltrekningen til atomkjernen.

Elektroner er stadig på farta. De snurrer så vel som de beveger seg rundt atomene de er en del av, og noen elektroner beveger seg til og med fra ett atom til et annet. Hvert elektron i bevegelse er en liten elektrisk strøm, fordi en elektrisk strøm bare er en elektrisk ladning i bevegelse. Derfor, som Oersted viste, genererer hvert elektron i hvert atom sitt lille bittesmå magnetfelt.

I de fleste materialer peker disse små magnetfeltene i mange forskjellige retninger og avbryter derfor hverandre, ifølge Kristen Coyne fra National High Magnetic Field Laboratory. Nordpoler er like ved sørpoler så ofte som ikke, og nettmagnetfeltet til hele objektet er nær null.

Når noen materialer utsettes for et eksternt magnetfelt, endres dette bildet. Det ytre magnetfeltet tvinger alle de små magnetfeltene til å stille seg opp. Nordpolen skyver alle de små nordpolene i samme retning: vekk fra den. Den trekker alle de små magnetiske sørpolene mot den. Dette gjør at de små magnetfeltene i materialet legger til effektene sammen. Resultatet er et sterkt magnetisk magnetfelt i objektet som helhet.

Jo kraftigere det eksterne magnetfeltet som påføres, jo større blir magnetiseringen. Dette er den første av faktorene som bestemmer hvor sterk en magnet blir. Det andre er typen materiale magneten er laget av. Ulike materialer produserer magneter med forskjellige styrker. De med høy magnetisk permeabilitet (som er en måling av hvor responsive de er på magnetfelt) lager de sterkeste magneter. Av denne grunn brukes rent jern til å lage noen av de sterkeste magneter.