De flesta vet att järn lockas till magneter, medan andra metaller som guld och silver inte är. Men få människor kan förklara exakt varför järn har detta magiska förhållande med magnetismen. För att komma fram till svaret måste du komma ner till atomnivån och undersöka den magnetiska naturen hos en atoms elektroner.

Elektroner och magnetism

Vetenskapen bakom magnetismen, som el, kommer ner till elektroner, de negativt laddade partiklarna omger en atoms kärna. Alla elektroner har magnetiska egenskaper, precis som de har elektriska egenskaper. När en elektron uppvisar magnetism, och därmed dess förmåga att interagera med ett yttre magnetfält, sägs det ha ett magnetiskt ögonblick.

En elektrons magnetiska moment bygger på sin rotation och dess omlopp, som båda är huvudmän av kvantmekanik. Utan att komma in i kvantekvationer, räcker det med att säga att en elektrons magnetiska moment beror på dess rörelse.

Vad gör en magnetmagnet?

Medan enskilda atomer i vilken substans som helst kan ha magnetiska moment , det betyder inte att substansen i sig är magnetisk. För att ämnet ska vara magnetiskt behöver du ett tillräckligt antal atomer som alla arbetar tillsammans. Detta kräver två saker.

Det första som behöver hända är att det måste finnas viss meningsskiljaktighet mellan atomerna. I många ämnen sträcker sig alla elektronerna i ordnade par, var och en avbryter de andra magnetiska egenskaperna. Om du tänker dig på 1000 lokomotiv, hälften försöker åka norrut och den andra hälften går söderut, kommer ingen av dem att flytta. Så, för att ett ämne ska vara magnetiskt, kan dess elektroner inte alla parras.

Detta är emellertid inte tillräckligt för att ämnet ska vara magnetiskt. Bara för att ett materials elektroner inte sträcker sig i par betyder inte nödvändigtvis att ämnet är magnetiskt. Mangan, till exempel, ett viktigt mineral som finns i nötter och spannmål och som är väsentligt för friska ben, är inte magnetisk, även om dess elektroner inte stämmer i par. Om du hade 1001 tågmotorer, 500 mot söder och 501 mot norr, kommer den extra motorn inte att göra stor skillnad.

Det andra du behöver är att ett tillräckligt antal elektroner ska anpassa sig parallellt till varandra - som många lokomotiv står inför i samma riktning - så deras förmåga att interagera med ett externt magnetfält är tillräckligt stort för att flytta hela objektet.

Allt material som har dessa två förhållanden kallas ferromagnetiska . Järn är det vanligaste ferromagnetiska elementet. Två andra ferromagnetiska element är nickel och kobolt. Men flera andra ämnen kan vara ferromagnetiska när de upphettas eller kombineras med andra material.