Door David Weedmark Bijgewerkt op 24 maart 2022

Afbeelding tegoed:nemoris/iStock/GettyImages

Elektronen en magnetisme

Magnetisme komt, net als elektriciteit, uiteindelijk voort uit elektronen – de negatief geladen deeltjes die rond de atoomkern draaien. Elk elektron draagt ​​een klein magnetisch veld, bekend als zijn magnetische moment, dat voortkomt uit zijn intrinsieke spin en orbitale beweging. Wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd, kunnen deze momenten op elkaar inwerken en op één lijn komen, waardoor waarneembare magnetische effecten ontstaan.

Wat maakt een materiaal magnetisch?

Hoewel individuele atomen magnetische momenten kunnen bezitten, vertoont een materiaal als geheel alleen magnetisme als een aanzienlijk aantal van die momenten samenwerken. Er moet aan twee belangrijke voorwaarden worden voldaan:

1. Ongepaarde elektronen:In veel metalen vormen elektronen paren, zodat hun magnetische momenten elkaar opheffen. Als alle elektronen gepaard zijn, is het netto magnetische effect verwaarloosbaar, vergelijkbaar met een rij locomotieven waarvan de helft naar het noorden en de andere helft naar het zuiden gericht is. IJzer bevat echter een groot aantal ongepaarde d-elektronen, waardoor er ruimte overblijft voor magnetische interacties.

2. Coherente uitlijning:Zelfs met ongepaarde elektronen moet het materiaal veel momenten in dezelfde richting laten wijzen. Wanneer een voldoende aantal momenten parallel uitgelijnd zijn – zoals een vloot locomotieven die allemaal naar het noorden gaan – kan het materiaal een sterke wisselwerking hebben met een extern magnetisch veld. Dit collectieve gedrag is wat een ferromagnetische substantie definieert.

IJzer, nikkel en kobalt zijn de klassieke ferromagnetische elementen, die gemakkelijk worden gemagnetiseerd en aangetrokken door magneten. Andere materialen, zoals mangaan, hebben ongepaarde elektronen, maar slagen er niet in de noodzakelijke coöperatieve uitlijning te bereiken, zodat ze niet-magnetisch blijven.

Ferromagnetisme is een goed bestudeerd fenomeen in de natuurkunde en materiaalkunde. Onderzoek gepubliceerd in de Journal of Applied Physics en andere peer-reviewed bronnen bevestigt de essentiële rol van elektronenspin- en uitwisselingsinteracties bij het creëren van macroscopische magnetische eigenschappen.