Большинство людей знают, что железо притягивается к магнитам, в то время как другие металлы, такие как золото и серебро, нет. Тем не менее, мало кто может точно объяснить, почему железо имеет такую магическую связь с магнетизмом. Чтобы прийти к ответу, вам нужно перейти на атомный уровень и изучить магнитную природу электронов атома.
Электроны и магнетизм
Наука, стоящая за магнетизмом, как и электричество, сводится к электронам, отрицательно заряженным частицам, окружающим ядро атома. Все электроны обладают магнитными свойствами, так же как и электрическими свойствами. Когда электрон проявляет магнетизм и, следовательно, его способность взаимодействовать с внешним магнитным полем, говорят, что он имеет магнитный момент.
Магнитный момент электрона основан на его спине и орбите, которые являются принципами квантовой механики. Не вдаваясь в квантовые уравнения, достаточно сказать, что магнитный момент электрона обусловлен его движением.
Что делает материал магнитным?
Хотя отдельные атомы в любом веществе могут иметь магнитные моменты, это не означает, что само вещество является магнитным. Чтобы вещество было магнитным, вам нужно достаточное количество атомов, работающих вместе. Это требует двух вещей.
Первое, что должно произойти, это то, что между атомами должно быть какое-то несогласие. Во многих веществах все электроны выстраиваются в упорядоченные пары, каждый из которых нейтрализует магнитные свойства другого. Если вы представите себе 1000 локомотивов, половина из которых пытается ехать на север, а другая половина - на юг, ни один из них не двинется. Итак, чтобы вещество было магнитным, все его электроны не могут быть спарены.
Однако этого самого по себе недостаточно для того, чтобы вещество было магнитным. Тот факт, что электроны материала не выстраиваются в пары, не обязательно означает, что вещество является магнитным. Марганец, например, важный минерал, содержащийся в орехах и злаках и необходимый для здоровья костей, не является магнитным, хотя его электроны не выстраиваются в пары. Если бы у вас был 1001 паровозик, 500 на юг и 501 на север, этот дополнительный паровоз не будет иметь большого значения.
Второе, что вам нужно, это чтобы достаточное количество электронов выстраивалось параллельно друг другу - как у многих локомотивов. обращены в одном направлении - поэтому их способность взаимодействовать с внешним магнитным полем достаточно существенна, чтобы переместить весь объект.
Любой материал, который имеет эти два состояния, называется ферромагнетиком. Железо - самый распространенный ферромагнитный элемент. Два других ферромагнитных элемента - никель и кобальт. Однако некоторые другие вещества могут быть ферромагнитными при нагревании или сочетании с другими материалами.
