De meeste mensen weten dat ijzer wordt aangetrokken door magneten, terwijl andere metalen zoals goud en zilver dat niet zijn. Toch kunnen maar weinig mensen precies uitleggen waarom ijzer deze magische relatie met magnetisme heeft. Om tot het antwoord te komen, moet je naar het atomaire niveau gaan en de magnetische aard van de elektronen van een atoom onderzoeken.

Elektronen en magnetisme

De wetenschap achter magnetisme, zoals elektriciteit, komt naar beneden voor elektronen, de negatief geladen deeltjes rond de atoomkern. Alle elektronen hebben magnetische eigenschappen, net zoals ze elektrische eigenschappen hebben. Wanneer een elektron magnetisme vertoont en bijgevolg in staat is om te interageren met een extern magnetisch veld, wordt er gezegd dat het een magnetisch moment heeft.

Het magnetische moment van een elektron is gebaseerd op zijn draaiing en zijn baan, die beide principes zijn van kwantummechanica. Zonder in quantumvergelijkingen te komen, volstaat het om te zeggen dat het magnetisch moment van een elektron te wijten is aan zijn beweging.

Wat maakt een materiaal magnetisch?

Terwijl de individuele atomen in elke substantie magnetische momenten kunnen hebben , dat betekent niet dat de substantie zelf magnetisch is. Om de substantie magnetisch te maken, heb je een voldoende aantal atomen nodig die allemaal samenwerken. Dit vereist twee dingen.

Het eerste dat moet gebeuren, is dat er enige onenigheid tussen de atomen moet zijn. In veel stoffen zetten alle elektronen zich op in geordende paren, waarbij elk de magnetische eigenschappen van de ander opheft. Stel je voor dat 1.000 locomotieven, de helft probeert naar het noorden te rijden en de andere helft naar het zuiden, geen van hen zal gaan bewegen. Dus, voor een stof om magnetisch te zijn, kunnen de elektronen niet allemaal gepaard worden.

Dit is op zich echter niet genoeg om de substantie magnetisch te maken. Alleen omdat de elektronen van een materiaal niet paarsgewijs op één lijn liggen, wil dat nog niet zeggen dat de stof magnetisch is. Mangaan, bijvoorbeeld, een belangrijk mineraal dat voorkomt in noten en granen en essentieel is voor gezonde botten, is niet magnetisch, ook al staan ​​de elektronen niet in paren. Als je 1001 treinlocomotieven had, 500 naar het zuiden gericht en 501 naar het noorden, dan zal die extra motor niet veel verschil maken.

Het tweede ding dat je nodig hebt, is dat er voldoende elektronen zijn om parallel uit te lijnen naar elkaar toe - zoals veel locomotieven die in dezelfde richting wijzen - zodat hun vermogen om te interageren met een extern magnetisch veld voldoende groot is om het hele object te bewegen.

Elk materiaal dat deze twee condities heeft wordt ferromagnetisch genoemd . IJzer is het meest voorkomende ferromagnetische element. Twee andere ferromagnetische elementen zijn nikkel en kobalt. Verschillende andere stoffen kunnen echter ferromagnetisch zijn wanneer ze worden verhit of gecombineerd met andere materialen.