Co sprawia, że ​​materiał jest magnetyczny?

Nie każdy materiał może być magnetyczny. W rzeczywistości ze wszystkich znanych pierwiastków tylko garstka posiada zdolność magnetyczną i różnią się one stopniem. Najsilniejszymi magnesami są elektromagnesy, które nabierają siły przyciągania tylko wtedy, gdy przepływa przez nie prąd. Prąd to ruch elektronów, a elektrony powodują, że materiały są magnetyczne. Istnieją materiały kompozytowe, które są magnetyczne, zwykle określane jako materiały żelazne, chociaż nie są tak mocne jak elektromagnesy.

Mówiąc prościej, magnetyzm dotyczy elektronów. Elektrony są mniejsze niż mikroskopijne cząstki wirujące wokół jądra atomu. Każdy elektron zachowuje się jak własny maleńki magnes z biegunem północnym i południowym. Kiedy elektrony atomu są ustawione w tym samym kierunku, wszystkie skierowane na północ lub wszystkie skierowane na południe, atom staje się magnetyczny. A ponieważ elektrony obracają się lub wirują wokół jądra atomu, atom może również posiadać pole magnetyczne pole, gdy bieguny nie są wyrównane z powodu wirowania elektronów, co sprawia, że ​​atom jest bardzo podobny do an elektromagnes.

Nie ma elementów statycznych, które są naturalnie magnetyczne. Istnieją materiały silniej przyciągane przez pola magnetyczne. Materiały najsilniej przyciągane przez pole magnetyczne to żelazo i stal. Istnieją jednak rzadkie mieszanki materiałów wytworzonych przez człowieka, które sprzyjają stawaniu się elektromagnetyczne przez wystawienie na działanie silnego pola magnetycznego i utrzymywanie ładunku elektromagnetycznego przez długi czas czas. Ze względu na ich zdolność do utrzymywania pola magnetycznego przez długi czas są uważane za magnesy trwałe. Dwa najsilniejsze materiały trwale magnetyczne to żelazo-neodym-bor i aluminium-nikiel-kobalt.

Pole magnetyczne jest trudne do precyzyjnego wyjaśnienia, ponieważ nauka wciąż nie rozumie wielu rzeczy na temat pól magnetycznych. Mówiąc prościej, silne pola magnetyczne są mierzone w teslach, a bardziej powszechne i znacznie słabsze pola magnetyczne występujące w elementach takich jak głośniki stereo są mierzone w gausach. Do wyprodukowania jednej tesli potrzeba 10 000 gausów.

Łatwiejszym sposobem opisania tego jest myślenie o przyciąganiu grawitacyjnym. Uważa się, że grawitacja Ziemi wynosi około 1 tesli lub około 10 000 gausów. Możesz myśleć o sile magnetycznej Gaussa jako o wadze lub wielkości siły wywieranej przez przyciąganie grawitacyjne. Potrzeba byłoby 50 piór, aby równać się 1 gausowi siły mierzonej jako ciężar, lub w tym przypadku przyciąganie magnetyczne. Waga i siła magnetyczna nie są bezpośrednio utożsamiane, ale są podawane jako przykład, aby dać poczucie przyciągania magnetycznego lub siły Gaussa.

Naukowcy wiedzą, że Ziemia ma właściwości magnetyczne, ponieważ swobodnie unoszący się kawałek stali lub żelaza zawsze wskazuje północ magnetyczną. To tam wszystkie linie długości geograficznej zbiegają się na biegunie północnym. Chociaż siła magnetyczna nie może być wywierana na większość cieczy, może być przekazana na jądro Ziemi, które składa się ze stopionego żelaza. A to sprowadza nas z powrotem do wirujących elektronów. Ziemia obraca się wokół własnej osi, podobnie jak jej roztopione żelazne jądro i wszystkie naładowane elektrycznie elektrony, które wytwarzają pole magnetyczne. Słońce również obraca się wokół własnej osi, a jego materiał w postaci plazmy (podobnie jak płynna konsystencja) wytwarza jego pole magnetyczne.

Jak bieguny magnetyczne odpychają się, podczas gdy przeciwne bieguny przyciągają się. Magnesy są naturalnie przyciągane do wyższych pól magnetycznych. Pomyśl o dwóch magnesach, jeden o wartości 10 tesli, a drugi o wartości 1 tesli. Magnes 10 tesli wywiera silniejsze pole magnetyczne. Kawałek materiału magnetycznego, umieszczony w równej odległości od obu magnesów, byłby przyciągany do silniejszego z dwóch pól magnetycznych. Kiedy więc dwa magnesy o podobnej polaryzacji zbliżają się do siebie, wydają się odpychać lub odpychać, podczas gdy w rzeczywistości szukają wyższego pola magnetycznego. Innymi słowy, dwa magnesy skierowane na północ wydają się być odpychane, ponieważ w rzeczywistości są przyciągane przez przeciwne, skierowane na południe pole magnetyczne.