Vetenskapen om hur magneter fungerar

Kraften som produceras av en magnet är osynlig och mystifierande. Har du någonsin undrat hur magneter fungerar?

Key Takeaways: Hur magneter fungerar

• Magnetism är ett fysiskt fenomen genom vilket ett ämne lockas eller avvisas av ett magnetfält.
• De två magnetkällorna är elektrisk ström och magnetiska momentmoment för elementära partiklar (främst elektroner).
• Ett starkt magnetfält produceras när elektronmagnetiska moment i ett material är inriktade. När de är störda dras materialet varken till eller avvisas av ett magnetfält.

Vad är en magnet?

En magnet är vilket material som helst som kan producera ett magnetfält. Eftersom varje rörlig elektrisk laddning genererar ett magnetfält är elektroner små magneter. Denna elektriska ström är en källa till magnetism. Elektronerna i de flesta material är emellertid slumpmässigt orienterade, så det finns lite eller inget nätmagnetfält. För att uttrycka det enkelt, tenderar elektronerna i en magnet att vara orienterade på samma sätt. Detta händer naturligt i många joner, atomer och material när de kyls, men är inte lika vanliga vid rumstemperatur. Vissa element (t.ex. järn, kobolt och nickel) är ferromagnetiska (kan induceras att magnetiseras i ett magnetfält) vid rumstemperatur. För dessa element är den elektriska potentialen lägst när de magnetiska momenten för valenselektronerna är inriktade. Många andra element är diamagnetiska. De oparade atomerna i diamagnetiska material genererar ett fält som svagt avvisar en magnet. Vissa material reagerar inte alls med magneter.

Magnetisk dipol och magnetism

Atommagnetisk dipol är källan till magnetism. På atomnivå är magnetiska dipoler främst resultatet av två typer av elektroner. Det finns elektronbanans rörelse runt kärnan, som producerar ett magnetiskt dipolmagnetiskt moment. Den andra komponenten i det elektronmagnetiska ögonblicket beror på det magnetiska spindipolmomentet. Emellertid är rörelsen av elektroner runt kärnan inte riktigt en bana, och inte heller är spindipolens magnetiska ögonblick förknippad med faktiska "snurr" av elektronerna. Oparade elektroner tenderar att bidra till ett materials förmåga att bli magnetisk eftersom det elektronmagnetiska ögonblicket inte helt kan avbrytas när det finns "udda" elektroner.

Atomic Nucleus and Magnetism

Protonerna och neutronerna i kärnan har också kretsloppsvinkelmoment och magnetiska moment. Det kärnmagnetiska ögonblicket är mycket svagare än det elektroniska magnetiska ögonblicket eftersom även om de olika partiklarnas vinkelmoment kan vara jämförbara är magnetmomentet omvänt proportionellt mot massan (en elektronmassa är mycket mindre än en proton eller neutron). Det svagare kärnmagnetiska ögonblicket ansvarar för kärnmagnetisk resonans (NMR), som används för avbildning av magnetisk resonans (MRI).

källor

• Cheng, David K. (1992). Fält- och vågelektromagnetik. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. ISBN 978-0-201-12819-2.
• Du Trémolet de Lacheisserie, Étienne; Damien Gignoux; Michel Schlenker (2005). Magnetism: Grundläggande. Springer. ISBN 978-0-387-22967-6.
• Kronmüller, Helmut. (2007). Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-02217-7.