Већина људи зна да магнети привлаче гвожђе, док други метали попут злата и сребра нису. Ипак, мало људи може тачно објаснити зашто гвожђе има тај магични однос са магнетизмом. Да бисте дошли до одговора, потребно је да се спустите на атомски ниво и испитате магнетну природу атома електрона.
Електрони и магнетизам
Наука која стоји иза магнетизма, попут електрицитета, своди се на електроне, негативно наелектрисане честице које окружују језгро атома. Сви електрони имају магнетна својства, баш као што имају и електрична својства. Када електрон покаже магнетизам и, сходно томе, способност интеракције са спољним магнетним пољем, каже се да има магнетни тренутак.
Магнетни момент електрона заснован је на његовом спину и његовој орбити, који су обојица принципи квантне механике. Не упуштајући се у квантне једначине, довољно је рећи да је магнетни тренутак електрона последица његовог кретања.
Шта чини материјал магнетним?
Иако појединачни атоми у било којој супстанци могу имати магнетне моменте, то не значи да је сама супстанца магнетна. Да би супстанца била магнетна, потребан вам је довољан број атома који раде заједно. За ово су потребне две ствари.
Прва ствар која се треба догодити је да мора постојати неко неслагање између атома. У многим супстанцама сви електрони се поређају у уредне парове, при чему сваки од њих укида магнетна својства другог. Ако замислите 1.000 локомотива, од којих половина покушава да иде на север, а друга половина на југ, ниједна се неће померити. Дакле, да би супстанца била магнетна, не могу се сви електрони упарити.
Међутим, ово само по себи није довољно да би супстанца била магнетна. Само зато што се електрони материјала не поклапају у паровима, не мора нужно значити да је супстанца магнетна. Манган, на пример, важан минерал који се налази у орашастим плодовима и житарицама и неопходан је за здраве кости, није магнетни, иако се његови електрони не поређају у паровима. Ако сте имали 1001 мотор за воз, 500 окренут према југу и 501 окренут према северу, тај додатни мотор неће много променити.
Друга ствар која вам треба је довољан број електрона да се поравнају паралелно једни другима - попут многих локомотива окренути у истом смеру - тако да је њихова способност интеракције са спољним магнетним пољем довољно значајна да помера целину објект.
Било који материјал који има ова два услова назива се феромагнетним. Гвожђе је најчешћи феромагнетски елемент. Друга два феромагнетна елемента су никал и кобалт. Међутим, неколико других супстанци може бити феромагнетно када се загревају или комбинују са другим материјалима.