Vi har alle spillet med magneter fra tid til anden. Nedenfor er et forsøg på at forklare det grundlæggende bag den hemmelige indre arbejde med den mystiske magnet.
En magnet er ethvert materiale eller objekt, der producerer et magnetfelt. Dette magnetiske felt er ansvarlig for egenskaberne ved en magnet: en kraft, der trækker på andre ferromagnetiske materialer og tiltrækker eller frastøtter andre magneter. En permanent magnet er et objekt lavet af et materiale, der magnetiseres og skaber sit eget vedvarende magnetfelt. Materialer, der kan magnetiseres, som stærkt tiltrækkes af en magnet, kaldes ferromagnetisk. Selvom ferromagnetiske materialer er de eneste, der tiltrækkes af en magnet, der er stærkt nok til at blive betragtet som magnetisk, reagerer alle andre stoffer svagt på et magnetfelt.
Nogle fakta om magneter inkluderer:
- den nordlige pol af magneten peger på den geomagnetiske nordpol (en sydmagnetisk pol) beliggende i Canada over polarcirklen.
- nordpoler afviser nordpoler
- sydpoler frastøder sydpolerne
- nordpoler tiltrækker sydpoler
- sydpoler tiltrækker nordpoler
- tiltrækningskraften eller frastødningskraften varierer omvendt med den firkantede afstand
- styrken af en magnet varierer forskellige steder på magneten
- magneter er stærkest på deres poler
- magneter tiltrækker stærkt stål, jern, nikkel, kobolt, gadolinium
- magneter tiltrækker let flydende ilt og andre materialer
- magneter frastøder lidt vand, kulstof og bor
Mekanikken for hvordan magneter fungerer virkelig bryder helt ned til atomniveauet. Når strømmen strømmer i en ledning, oprettes et magnetisk felt omkring ledningen. Strøm er simpelthen en masse bevægelige elektroner, og bevægelige elektroner fremstiller et magnetfelt. Sådan får elektromagneter til at fungere.
Omkring atomens kerne er der elektroner. Forskere troede, at de havde cirkulære kredsløb, men har opdaget, at tingene er meget mere komplicerede. Faktisk tager elektronmønstrene inden for en af disse orbitaler hensyn til Schroedinger's bølgeforligninger. Elektroner optager visse skaller, der omgiver atomens kerne. Disse skaller har fået bogstaverne K, L, M, N, O, P, Q. De har også fået antallet af navne, såsom 1,2,3,4,5,6,7 (tænk kvantemekanik). Inden i skallen kan der eksistere underskaller eller orbitaler med bogstavnavne som s, p, d, f. Nogle af disse orbitaler ser ud som kugler, andre ligesom et timeglas, endnu andre ligesom perler. K-skallen indeholder en s orbital kaldet en 1s orbital. L-skallen indeholder en s og p-orbital kaldet en 2s og 2p orbital. M-shell indeholder en s, p og d-orbital kaldet en 3s, 3p og 3d orbital. N, O, P og Q skaller indeholder hver en s, p, d og f orbital kaldet a 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p, 7d og 7f kredsløb. Disse orbitaler har også forskellige sub-orbitaler. Hver kan kun indeholde et vist antal elektroner. Maksimalt 2 elektroner kan besætte en underbane, hvor den ene har en drejning op, den anden har en drejning nedad. Der kan ikke være to elektroner med spin-up i den samme sub-orbitale (Pauli-udelukkelsesprincipen). Når du har et par elektroner i en underbane, annullerer deres kombinerede magnetiske felter hinanden. Hvis du er forvirret, er du ikke alene. Mange mennesker går tabt her og spekulerer bare på magneter i stedet for at forske videre.
Når man ser på de ferromagnetiske metaller, er det svært at se, hvorfor de er så forskellige fra elementerne ved siden af dem på det periodiske bord. Det accepteres generelt, at ferromagnetiske elementer har store magnetiske øjeblikke på grund af uparrede elektroner i deres ydre orbitaler. Elektronets spin drejes også om at skabe et minut magnetfelt. Disse felter har en sammensatningseffekt, så når du samler en masse af disse felter, tilføjer de sig til større felter.
For at pakke tingene op 'hvordan fungerer magneter?', Har atomerne i ferromagnetiske materialer en tendens til at have deres eget magnetfelt skabt af de elektroner, der kredser om dem. Små grupper af atomer har en tendens til at orientere sig i samme retning. Hver af disse grupper kaldes et magnetisk domæne. Hvert domæne har sin egen nordpol og sydpol. Når et stykke jern ikke er magnetiseret, vil domænerne ikke pege i samme retning, men pege i tilfældige retninger, der annullerer hinanden og forhindrer, at jernet har en nord- eller sydpol eller er en magnet. Hvis du introducerer strøm (magnetfelt), begynder domænerne at samle sig med det eksterne magnetfelt. Jo mere nuværende, desto højere er antallet af justerede domæner. Når det eksterne magnetfelt bliver stærkere, vil flere og flere af domænerne samle sig med det. Der vil være et punkt, hvor alle domæner inden i jernet er på linje med det ydre magnetfelt (mætning), uanset hvor meget stærkere magnetfeltet er lavet. Når det eksterne magnetfelt er fjernet, vender bløde magnetiske materialer tilbage til tilfældigt orienterede domæner; hårde magnetiske materialer vil dog holde de fleste af deres domæner på linje, hvilket skaber en stærk permanent magnet. Så der har du det.
Vi har skrevet mange artikler om magneter til Space Magazine. Her er en artikel om stangmagneter, og her er en artikel om supermagneter.
Hvis du gerne vil have mere info om magneter, kan du tjekke nogle seje eksperimenter med magneter, og her er et link til en artikel om supermagneter af Wise Geek.
Vi har også optaget en hel episode af Astronomy Cast alt om magnetisme. Lyt her, Afsnit 42: Magnetisme overalt.
Kilder:
Vis geek
Wikipedia: Magnet
Wikipedia: Ferromagnetisme
