Väčšina ľudí vie, že železo priťahujú magnety, zatiaľ čo iné kovy ako zlato a striebro nie. Napriek tomu málokto dokáže presne vysvetliť, prečo má železo taký magický vzťah s magnetizmom. Aby ste dosiahli odpoveď, musíte sa dostať na atómovú úroveň a preskúmať magnetickú povahu elektrónov atómu.
Elektróny a magnetizmus
Veda, ktorá stojí za magnetizmom, sa podobne ako elektrina dostáva k elektrónom, záporne nabitým časticiam obklopujúcim jadro atómu. Všetky elektróny majú magnetické vlastnosti, rovnako ako majú elektrické vlastnosti. Keď elektrón vykazuje magnetizmus a následne jeho schopnosť interagovať s vonkajším magnetickým poľom, hovorí sa o ňom, že má magnetický moment.
Magnetický moment elektrónu je založený na jeho rotácii a obežnej dráhe, ktoré sú princípmi kvantovej mechaniky. Bez toho, aby sme sa dostali do kvantových rovníc, stačí povedať, že magnetický moment elektrónu je spôsobený jeho pohybom.
Čo robí materiál magnetickým?
Aj keď jednotlivé atómy v ktorejkoľvek látke môžu mať magnetické momenty, neznamená to, že samotná látka je magnetická. Aby bola látka magnetická, potrebujete dostatočný počet atómov, aby všetky spolupracovali. To si vyžaduje dve veci.
Prvá vec, ktorú sa musí stať, je, že medzi atómami musí byť nejaký spor. V mnohých látkach sa všetky elektróny usporiadajú v usporiadaných pároch, pričom každá z nich ruší magnetické vlastnosti toho druhého. Ak si predstavíte 1 000 lokomotív, z ktorých polovica sa pokúša ísť na sever a druhá polovica na juh, žiadna sa nepohne. Takže, aby bola látka magnetická, nemôžu sa všetky jej elektróny spárovať.
To však samo o sebe nestačí na to, aby bola látka magnetická. To, že sa elektróny materiálu nezhodujú v pároch, ešte nemusí znamenať, že látka je magnetická. Napríklad mangán, dôležitý minerál, ktorý sa nachádza v orechoch a obilninách a je nevyhnutný pre zdravé kosti, nie je magnetický, aj keď sa jeho elektróny nezhodujú v pároch. Ak ste mali 1001 vlakových motorov, 500 otočených na juh a 501 otočených na sever, tento extra motor nebude mať veľký rozdiel.
Druhá vec, ktorú potrebujete, je, aby sa dostatočný počet elektrónov zosúladil navzájom - ako veľa lokomotív. otočené rovnakým smerom - takže ich schopnosť interagovať s vonkajším magnetickým poľom je natoľko podstatná, aby pohla celým objekt.
Akýkoľvek materiál, ktorý má tieto dve podmienky, sa nazýva feromagnetický. Železo je najbežnejším feromagnetickým prvkom. Dva ďalšie feromagnetické prvky sú nikel a kobalt. Niekoľko ďalších látok však môže byť feromagnetických, keď sú zahrievané alebo kombinované s inými materiálmi.