Door Doug Leenhouts | Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Wittayayut/iStock/GettyImages

Magnetisme is een veel voorkomend maar fascinerend fenomeen dat doordringt in alledaagse voorwerpen – van laboratoriumapparatuur tot buitenkompassen en koelkastmagneten. Hoewel veel mensen magneten als vanzelfsprekend beschouwen, gaat het bij de onderliggende natuurkunde om subtiele interacties op atomair niveau.

Magnetische domeinen:de bouwstenen van magnetisme

Elk vast materiaal bevat talloze magnetische domeinen:kleine gebieden waar atomaire magnetische momenten, of dipolen, in dezelfde richting wijzen. Wanneer de dipolen binnen een domein op één lijn liggen, wordt het domein zelf een kleine magneet. In sommige materialen, zoals ijzer, kunnen deze dipolen gemakkelijk worden uitgelijnd, terwijl in andere materialen de uitlijning beperkt is tot binnen een domein, maar niet over het gehele monster. Onderzoekers kunnen deze domeinen visualiseren met magnetische krachtmicroscopie.

Wanneer een materiaal wordt blootgesteld aan een sterk extern magnetisch veld, hebben de domeinen de neiging zich uit te lijnen met dat veld, waardoor het materiaal wordt gemagnetiseerd. Belangrijk is dat volledige uitlijning over alle domeinen niet nodig is om een materiaal meetbaar magnetisme te laten vertonen.

Elektrische stromen en magnetische uitlijning

Als u een elektrische stroom door een geleider laat lopen, ontstaat er een eigen magnetisch veld. Twee parallelle draden die stroom in dezelfde richting voeren, trekken elkaar aan, terwijl tegengestelde stromen elkaar afstoten. Dit principe ligt ten grondslag aan elektromagneten, waarbij een draadspiraal een regelbaar magnetisch veld produceert. Op planetaire schaal is het magnetische veld van de aarde afkomstig van elektrische stromen die in de gesmolten buitenkern stromen, een proces dat nog steeds wordt onderzocht door NASA-wetenschappers.

Ferromagnetisme:waarom bepaalde metalen sterke magneten worden

Ferromagnetische metalen – ijzer, kobalt en nikkel – bezitten ongepaarde elektronen waarvan de spins parallel aan elkaar kunnen worden uitgelijnd wanneer ze worden blootgesteld aan een voldoende sterk magnetisch veld. Deze coöperatieve uitlijning produceert een uitgesproken magnetisch moment, waardoor deze metalen uitstekende kernen zijn voor elektromagneten en transformatorwikkelingen. Het externe veld van de stroom versterkt het intrinsieke magnetisme van het materiaal, waardoor een krachtig, lokaal magnetisch veld ontstaat.

De Curietemperatuur:de temperatuurlimiet van magnetisme

Elk magnetisch materiaal heeft een karakteristieke Curietemperatuur. Onder deze drempel behoudt het materiaal zijn magnetische orde; daarboven verstoort thermische agitatie de uitlijning van magnetische domeinen, en wordt het materiaal paramagnetisch. Hoe hoger de Curietemperatuur van een materiaal, hoe meer energie er nodig is om de domeinen ervan te randomiseren. Wanneer een materiaal dat is afgekoeld tot onder de Curietemperatuur, in een magnetisch veld wordt geplaatst, kan het opnieuw worden gemagnetiseerd.