Zašto su samo određeni elementi magnetni – jednostavno objašnjenje

Magnetizam je fenomen koji nas svakodnevno okružuje – od čvrstih magneta na hladnjaku do velikih elektromagneta u električnim stanicama. Iako se čini da je magnetizam univerzalno prisutan, u stvarnosti samo mali dio prirodnih elemenata posjeduje sposobnost da se samostalno magnetizira. U ovom članku razložit ćemo osnovne pojmove, objasniti razlike među vrstama materijala i pokazati zašto su samo određeni elementi magnetni.

Sadržaj...

Što je magnetsko polje?

Magnetno polje je nevidljiva sila koja se prostire oko svakog magnetskog tijela – bilo da je riječ o čvrstom magnetu, električnom vodiču ili čak elektroničkom zračnom polju. Ono se pojavljuje kada se elektroni, koji se kreću kroz materijal, pomiču u određenom smjeru. Na primjer, kada električni tok prolazi kroz žicu, oko te žice nastaje kružno polje koje može privući ili odbiti druge magnetske objekte.

Zašto su samo neki elementi magnetni?

Ključ za razumijevanje magnetizma leži u unutarnjoj strukturi atoma. Svaki atom sadrži elektrone koji kruže oko jezgra. Ako se ti elektroni rasporede na takav način da njihovi magnetni momenti (mjera koja opisuje koliko je atom „magnetičan“) usklađuju, atom postaje magnetni. Međutim, u većini elemenata elektroni raspoređeni su takvom vrstom da se njihovi momenti međusobno poništavaju, pa atom ne pokazuje neto magnetno polje.

Postoje tri osnovne kategorije materijala prema njihovom odnosu prema magnetskom polju:

Feromagnetni materijali – materijali čiji se atomi usklađuju i zadržavaju neto magnetno polje i nakon uklanjanja vanjskog polja. Najpoznatiji primjeri su željezo, nikl i kobalt.
Paramagnetni materijali – materijali koji se privremeno magnetiziraju kada su izloženi vanjskom polju, ali se nakon uklanjanja polja vraćaju u nemagnetizirano stanje. Primjeri su aluminij, bakar i gvožđe u visokim temperaturama.
Diamagnetni materijali – materijali koji se suprotstavljaju vanjskom polju i nikada ne zadržavaju neto magnetno polje. Primjeri su bakar, srebro i gvožđe u niskim temperaturama.

Ove tri kategorije objašnjavaju zašto je na primjer bakar, iako je metal, ne magnetan, dok je željezo, iako je metal, izuzetno magnetan. Ključ je u rasporedu elektrona i njihovim međusobnim interakcijama.

Kako se stvara magnetsko polje?

Magnetsko polje se može stvoriti na više načina. Najčešći način je kada elektroni prolaze kroz vodič, što izaziva stvaranje magnetskog polja oko tog vodiča. Također, magnetsko polje može nastati kada se dva magneta približe jedan drugome, što uzrokuje interakciju između njihovih polja. Promjene u magnetskom polju mogu se ostvariti i kada se magnet približi ili udalji od drugog tijela.