Av Doug Leenhouts | Uppdaterad 30 augusti 2022
Wittayayut/iStock/GettyImages
Magnetism är ett vanligt men fascinerande fenomen som genomsyrar vardagliga föremål – från laboratorieutrustning till utomhuskompasser och kylskåpsmagneter. Medan många människor tar magneter för givna, involverar den underliggande fysiken subtila interaktioner på atomnivå.
Varje fast material innehåller otaliga magnetiska domäner - små områden där atomära magnetiska moment, eller dipoler, pekar i samma riktning. När dipolerna inom en domän är i linje, blir själva domänen en liten magnet. I vissa material, såsom järn, är dessa dipoler lätt inriktade, medan i andra är inriktningen begränsad till inom en domän men inte över hela provet. Forskare kan visualisera dessa domäner med magnetisk kraftmikroskopi.
När ett material utsätts för ett starkt externt magnetfält tenderar domänerna att anpassa sig till det fältet och magnetisera materialet. Viktigt är att fullständig anpassning över alla domäner inte är nödvändig för att ett material ska uppvisa mätbar magnetism.
Att leda en elektrisk ström genom en ledare genererar sitt eget magnetfält. Två parallella ledningar som bär ström i samma riktning attraherar varandra, medan motsatta strömmar stöter bort. Denna princip ligger till grund för elektromagneter, där en trådspole producerar ett kontrollerbart magnetfält. På planetarisk skala härrör jordens magnetfält från elektriska strömmar som flyter i dess smälta yttre kärna, en process som fortfarande undersöks av NASA-forskare.
Ferromagnetiska metaller - järn, kobolt och nickel - har oparade elektroner vars spinn kan riktas parallellt med varandra när de utsätts för ett tillräckligt starkt magnetfält. Denna samverkande inriktning producerar ett uttalat magnetiskt moment, vilket gör dessa metaller till utmärkta kärnor för elektromagneter och transformatorlindningar. Det yttre fältet från strömmen förstärker materialets inneboende magnetism och skapar ett kraftfullt, lokaliserat magnetfält.
Varje magnetiskt material har en karakteristisk Curie-temperatur. Under denna tröskel behåller materialet magnetisk ordning; ovanför den stör termisk omrörning inriktningen av magnetiska domäner, och materialet blir paramagnetiskt. Ju högre ett material Curie-temperatur, desto mer energi krävs för att randomisera dess domäner. När ett material som kylts under dess Curie-temperatur placeras i ett magnetfält kan det magnetiseras igen.
