Vad gör magneter starka?

Magnetism är namnet på det kraftfält som genereras av magneter. Genom det lockar magneter vissa metaller på avstånd, vilket gör att de närmar sig utan någon uppenbar orsak. Det är också det sätt som magneter påverkar varandra. Alla magneter har två stolpar, kallade "norr" och "söder". Liksom magnetiska poler lockar varandra, medan till skillnad från magnetiska poler skjuter varandra. Det finns många olika typer av magneter med en mängd olika styrkor. Vissa magneter är knappt starka för att hålla papper i ett kylskåp. Andra är tillräckligt starka för att lyfta bilar.

För att förstå vad som gör magneter starka måste du förstå något av historien om vetenskapen om magnetism. I början av 1800-talet var förekomsten av magnetism välkänd, liksom förekomsten av elektricitet. Dessa betraktades i allmänhet som två helt separata fenomen. Men 1820 bevisade fysikern Hans Christian Oersted att elektriska strömmar genererar magnetfält. Strax efter, 1855, visade en annan fysiker, Michael Faraday, att förändrade magnetfält kunde generera elektriska strömmar. Således visades att elektricitet och magnetism är en del av samma fenomen.

All materia är gjord av atomer, och alla atomer är gjorda av små elektriska laddningar. I mitten av varje atom sitter kärnan, en liten tät materieklump med en positiv elektrisk laddning. Runt varje kärna finns ett lite större moln av negativt laddade elektroner, som hålls på plats av atomens kärnans elektriska attraktion.

Elektroner är ständigt på språng. De snurrar såväl som att de rör sig runt de atomer de är en del av, och vissa elektroner rör sig till och med från en atom till en annan. Varje rörlig elektron är en liten elektrisk ström, för en elektrisk ström är bara en rörlig elektrisk laddning. Därför, som Oersted visade, genererar varje elektron i varje atom sitt eget lilla magnetfält.

I de flesta material pekar dessa små magnetfält i många olika riktningar och avbryter därför varandra, enligt Kristen Coyne från National High Magnetic Field Laboratory. Nordpoler är bredvid sydpoler så ofta som inte, och nätmagnetfältet för hela objektet är nära noll.

När vissa material exponeras för ett externt magnetfält ändras bilden. Det yttre magnetfältet tvingar alla dessa små magnetfält att ställa upp. Dess nordpol skjuter alla små nordpoler i samma riktning: bort från den. Den drar alla små magnetiska sydpoler mot den. Detta gör att de små magnetiska fälten inuti materialet lägger till sina effekter tillsammans. Resultatet är ett starkt magnetiskt magnetfält i objektet som helhet.

Ju mer kraftfullt det yttre magnetfältet som appliceras, desto större blir magnetiseringen. Detta är den första av faktorerna som avgör hur stark en magnet blir. Den andra är typen av material magneten är gjord av. Olika material producerar magneter med olika styrkor. De med hög magnetisk permeabilitet (vilket är ett mått på hur lyhörd de är för magnetfält) gör de starkaste magneterna. Av denna anledning används rent järn för att tillverka några av de starkaste magneterna.