Τι κάνει έναν υλικό μαγνήτη;
1. Electron Spin and Magnetism:
* Τα ηλεκτρόνια λειτουργούν σαν μικροσκοπικά μαγνήτες: Κάθε ηλεκτρόνιο έχει μια ιδιότητα που ονομάζεται "Spin", η οποία δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Φανταστείτε την περιστροφή ηλεκτρονίων, δημιουργώντας ένα μικροσκοπικό μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό.
* Τα ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια ακυρώνουν μαγνητικά πεδία: Στα περισσότερα υλικά, τα ηλεκτρόνια συνδυάζονται με αντίθετες περιστροφές. Αυτές οι αντίθετες περιστροφές ακυρώνουν τα μαγνητικά πεδία του άλλου, με αποτέλεσμα ένα μη μαγνητικό υλικό.
* Τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια δημιουργούν μαγνητισμό: Σε μαγνητικά υλικά, μερικά ηλεκτρόνια παραμένουν μη ζευγαρωμένα. Αυτά τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια δημιουργούν ένα καθαρό μαγνητικό πεδίο που συμβάλλει στο συνολικό μαγνητισμό του υλικού.
2. Τομείς και μαγνητική ευθυγράμμιση:
* Οι τομείς είναι περιοχές ευθυγραμμισμένων περιστροφών: Μέσα σε ένα μαγνητικό υλικό, τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια σε μια μικρή περιοχή τείνουν να ευθυγραμμίζουν τις περιστροφές τους προς την ίδια κατεύθυνση, δημιουργώντας μια μικροσκοπική μαγνητική περιοχή.
* Τυχαία προσανατολισμένοι τομείς σε μη μαγευμένα υλικά: Σε ένα μη μαγνητισμένο υλικό, αυτοί οι τομείς είναι τυχαία προσανατολισμένοι, έτσι ώστε τα μαγνητικά τους πεδία να ακυρώσουν ο ένας τον άλλον.
* Ευθυγραμμισμένοι τομείς σε μαγνητισμένα υλικά: Όταν ένα υλικό είναι μαγνητισμένο, οι τομείς ευθυγραμμίζονται προς την ίδια κατεύθυνση, δημιουργώντας ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Αυτή η ευθυγράμμιση μπορεί να προκληθεί από:
* Εξωτερικό μαγνητικό πεδίο: Η εφαρμογή ενός ισχυρού εξωτερικού μαγνητικού πεδίου μπορεί να προκαλέσει ευθυγράμμιση των τομέων.
* Θέρμανση και ψύξη: Ορισμένα υλικά μαγνητίζονται όταν θερμαίνονται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύχονται σε μαγνητικό πεδίο.
3. Τύποι μαγνητικών υλικών:
* σιδηρομαγνητικά υλικά: Αυτοί είναι οι ισχυρότεροι μαγνήτες, όπως το σίδηρο, το νικέλιο και το κοβάλτιο. Έχουν ισχυρά εσωτερικά μαγνητικά πεδία και σχηματίζουν εύκολα τομείς.
* Παραμαγνητικά υλικά: Αυτά τα υλικά προσελκύονται ασθενώς από τους μαγνήτες. Έχουν κάποια μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια, αλλά οι τομείς τους δεν είναι εύκολα ευθυγραμμισμένοι.
* διαμαγνητικά υλικά: Αυτά τα υλικά απωθούνται ασθενώς από μαγνήτες. Έχουν όλα τα ηλεκτρόνια τους ζευγαρωμένα, αλλά το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο προκαλεί ελαφρά ευθυγράμμιση των τροχιών ηλεκτρονίων, δημιουργώντας ένα αδύναμο αντιτιθέμενο μαγνητικό πεδίο.
Συνοπτικά, ένα υλικό γίνεται μαγνήτης όταν τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια του δημιουργούν μαγνητικά πεδία που ευθυγραμμίζονται στους τομείς. Η αντοχή του μαγνητικού πεδίου εξαρτάται από τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων, το μέγεθος των τομέων και πόσο καλά ευθυγραμμίζονται.
