Du vet redan att om du tar en magnet nära en järnspik, kommer nageln att uppleva en attraktion mot magneten. Inte alla metaller uppför sig emellertid på samma sätt. Vissa metaller är vad forskare kallar ferromagnetiska, vilket betyder att de permanent magnetiseras av en magnet. Andra är paramagnetiska, vilket betyder att de bara magnetiseras tillfälligt, och fortfarande andra är diamagnetiska, vilket innebär att de upplever en svag repulsion från ett magnetfält.

Spin

Elektroner har en egenskap som kallas spin, vilket är lite som vinkelmomentet (till exempel en boll som spinner runt sin axel), även om det är viktigt att inte ta denna analogi för långt, eftersom elektronnspinnningen i slutändan är väldigt annorlunda än den snurrande rörelsen du känner till i vardagen, som en roterande topp. En elektron kan ha en snurrning av antingen +1/2 eller -1/2. Följaktligen fungerar elektroner lite som små magneter. Om två elektroner är parade i ett orbital, de magnetfält de producerar avbryter varandra, och atomen har inget nätmagnetfält.

Domäner

I ferromagnetiska material som järn har atomer net magnetfält och grupperas tillsammans med andra atomer i en liten underenhet som heter en domän. En domän kan i sin tur anpassas i någon slumpvis riktning eller inriktas i samma riktning, tillsammans med alla dess grannar. Vanligtvis är magnetfälten inte inriktade, och så har en klump av järnmetall inte i sig något nätmagnetfält; de slumpmässigt inriktade magnetfälten för enskilda atomer avbryter varandra. När ett externt magnetfält appliceras, alstras atomerna med det, så att objektet blir magnetiserat.

Diamagnetiska material

I ett diamagnetiskt fält har varje atom parade elektroner, så alla de magnetfält som skapas av enskilda elektroner avbryter. När du sätter ett diamagnetiskt objekt nära en magnet skapar du små strömslingor i materialets atomer, ungefär som miniatyrslingor av tråd. I enlighet med en fysisk lag som heter Lenzs lag, strömmar du skapar kör i en sådan riktning att de producerar ett magnetfält motsatta det du tillämpade.

Effekter

Inte bara gör en diamagnetisk metall som koppar upplever ingen attraktion för en magnet, det upplever faktiskt repulsion. Denna avstängning är väldigt svag, så om inte magnetfältet är mycket starkt ser du det inte. Ändå härrör denna effekt från metalls struktur på atomnivå. Koppar har alla parade elektroner i de så kallade d-orbitalerna, så atomerna i koppar inte har nätmagnetiska moment. Diamagnetism är överlägset vanligare bland elementen i det periodiska bordet än ferromagnetism eller paramagnetism.