De meeste mensen weten dat ijzer door magneten wordt aangetrokken, terwijl andere metalen zoals goud en zilver dat niet zijn. Toch kunnen maar weinig mensen precies uitleggen waarom ijzer deze magische relatie heeft met magnetisme. 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, net als elektriciteit, komt neer op elektronen, de negatief geladen deeltjes die de kern van een atoom omringen. Alle elektronen hebben magnetische eigenschappen, net zoals ze elektrische eigenschappen hebben. Wanneer een elektron magnetisme vertoont, en bijgevolg zijn vermogen om te interageren met een extern magnetisch veld, wordt gezegd dat het een magnetisch moment heeft.

Het magnetische moment van een elektron is gebaseerd op zijn spin en zijn baan, die beide principals zijn van kwantummechanica. Zonder in kwantumvergelijkingen te komen, volstaat het om te zeggen dat het magnetische 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, doet dat niet betekent niet dat de stof 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 substanties vormen alle elektronen zich in geordende paren, waarbij elk de magnetische eigenschappen van de andere opheft. Als je je 1000 locomotieven voorstelt, waarvan de helft naar het noorden probeert te gaan en de andere helft naar het zuiden, dan gaat geen van hen rijden. Dus, voor een substantie om magnetisch te zijn, kunnen de elektronen niet allemaal gekoppeld worden.

Dit is echter op zichzelf niet genoeg voor de substantie om magnetisch te zijn. Het feit dat de elektronen van een materiaal niet in paren zijn opgesteld, betekent niet noodzakelijkerwijs dat de stof magnetisch is. Mangaan, bijvoorbeeld, een belangrijk mineraal dat voorkomt in noten en granen en essentieel voor gezonde botten, is niet magnetisch, ook al zijn de elektronen niet in paren opgesteld. Als je 1001 treinmotoren had, 500 op het zuiden en 501 op het noorden, zal die extra motor niet veel uitmaken.

Het tweede wat je nodig hebt is dat een voldoende aantal elektronen zich parallel aan elkaar uitlijnen aan elkaar - zoals veel locomotieven die in dezelfde richting staan - zodat hun vermogen om te interageren met een extern magnetisch veld substantieel genoeg is om het hele object te verplaatsen.

Elk materiaal met deze twee voorwaarden 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 verwarmd of gecombineerd met andere materialen