Majoritatea oamenilor știu că fierul este atras de magneți, în timp ce alte metale precum aurul și argintul nu. Cu toate acestea, puțini oameni pot explica exact de ce fierul are această relație magică cu magnetismul. Pentru a ajunge la răspuns, trebuie să coborâți la nivelul atomic și să examinați natura magnetică a electronilor unui atom.
Electroni și magnetism
Știința din spatele magnetismului, ca și electricitatea, se reduce la electroni, particulele încărcate negativ care înconjoară nucleul unui atom. Toți electronii au proprietăți magnetice, la fel cum au proprietăți electrice. Când un electron prezintă magnetism și, în consecință, este capacitatea de a interacționa cu un câmp magnetic extern, se spune că are un moment magnetic.
Momentul magnetic al unui electron se bazează pe rotirea și orbita sa, ambele fiind principii ale mecanicii cuantice. Fără a intra în ecuații cuantice, este suficient să spunem că momentul magnetic al unui electron se datorează mișcării sale.
Ce face ca un material să fie magnetic?
În timp ce atomii individuali din orice substanță pot avea momente magnetice, asta nu înseamnă că substanța în sine este magnetică. Pentru ca substanța să fie magnetică, aveți nevoie de un număr suficient de atomi care lucrează împreună. Acest lucru necesită două lucruri.
Primul lucru care trebuie să se întâmple este că trebuie să existe un anumit dezacord între atomi. În multe substanțe, toți electronii se aliniază în perechi ordonate, fiecare dintre ele anulând proprietățile magnetice ale celuilalt. Dacă vă imaginați 1.000 de locomotive, jumătate dintre ele încercând să meargă spre nord și cealaltă jumătate mergând spre sud, niciuna nu se va mișca. Deci, pentru ca o substanță să fie magnetică, electronii ei nu pot fi toți împerecheați.
Cu toate acestea, acest lucru în sine nu este suficient pentru ca substanța să fie magnetică. Doar pentru că electronii unui material nu se aliniază în perechi nu înseamnă neapărat că substanța este magnetică. Manganul, de exemplu, un mineral important găsit în nuci și cereale și esențial pentru oase sănătoase, nu este magnetic, chiar dacă electronii săi nu se aliniază în perechi. Dacă ai avea 1001 motoare de tren, 500 orientate spre sud și 501 orientate spre nord, acel motor suplimentar nu va face prea multă diferență.
Al doilea lucru de care aveți nevoie este ca un număr suficient de electroni să se alinieze paralel unul cu celălalt - ca o mulțime de locomotive orientate în aceeași direcție - deci capacitatea lor de a interacționa cu un câmp magnetic extern este suficient de substanțială pentru a mișca întregul obiect.
Orice material care are aceste două condiții se numește feromagnetic. Fierul este cel mai frecvent element feromagnetic. Alte două elemente feromagnetice sunt nichelul și cobaltul. Cu toate acestea, mai multe alte substanțe pot fi feromagnetice atunci când sunt încălzite sau combinate cu alte materiale.
