Sisältö
- Magneettiset ominaisuudet
- Ferromagneettiset materiaalit
- Paramagneettiset materiaalit
- Seostetut materiaalit
Monilla materiaaleilla on magneettiset ominaisuudet ja kyky magnetoida. Kaksi luokkaa materiaaleja, joilla on magneettiset ominaisuudet, ovat paramagneettiset ja ferromagneettiset materiaalit. Näillä materiaaleilla on luonnolliset magneettiset ominaisuudet, joiden avulla magneetti voi houkutella niitä. Paramagneettiset materiaalit houkuttelevat heikosti magneetteja ja ferromagneettiset materiaalit vetävät voimakkaasti magneetteja. Nämä ominaisuudet ovat peräisin niiden alaatomisista rakenteista, jotka määräävät, mitkä materiaalit voidaan voimakkaasti magnetoida ja mitkä vain heikosti magnetoituneet.
Magneettiset ominaisuudet
••• Ryan McVay / Photodisc / Getty ImagesMateriaalin magnetoinnin mahdollistava ydin on sen alaatomisessa rakenteessa, jossa elektroneja pyörii materiaaliatomien ytimen ympärillä. Pyörivä elektroni luo magneettikentän, jota kutsutaan dipoliksi, jolla, kuten tavallisella sauvamagneetilla, on sekä pohjoinen että etelä-navat. Kun suurin osa elektronista pyörii samaan suuntaan, materiaalilla on potentiaali magnetoitua. Kuitenkin, jos materiaalilla ei ole suurta osaa elektronistaan, joka pyörii samaan suuntaan, niin sillä on vähemmän potentiaalia magnetoitua, koska vastakkaisesti pyörivät elektronit neutraloivat toistensa yksittäisiä magneettikenttiä. Esimerkki materiaalista, jonka suurin osa elektronistaan pyörii samaan suuntaan ja joka voidaan voimakkaasti magnetoida, on rauta. Alumiini on esimerkki materiaalista, jonka suurin osa elektronistaan ei pyöri samaan suuntaan ja joka voidaan vain heikosti magnetoida.
Ferromagneettiset materiaalit
Atomiensa subatomisista rakenteista johtuen ferromagneettiset materiaalit, kuten rauta, nikkeli-gadolinium ja koboltti, houkuttelevat luonnollisesti magneetteja. Tyypillisesti näiden materiaalien on läpäistävä prosessi, kuten kuumentaminen korkeassa lämpötilassa, jota seuraa jäähdytys samalla voimakkaan magneettikentän vaikutuksesta, jotta ne voidaan magnetoida kestomagneettina. Vähemmän fysikaaliset menetelmät, kuten materiaalin silittäminen magneetilla tai isku vasaralla, voivat tehdä näistä materiaaleista väliaikaisia magneetteja. Molemmat fysikaaliset prosessit saavat aikaan materiaalien elektronien aiheuttamat magneettikentät kohdistumaan toisiinsa.
Paramagneettiset materiaalit
••• Jupiterikuvat / Comstock / Getty ImagesParamagneettiset materiaalit vetävät magneetteja vain heikosti paramagneettisten materiaalien subatomisen rakenteen vuoksi, joka koostuu vain suhteellisen harvoista vapaista elektroneista, jotka pyörivät samaan suuntaan. Siksi paramagneettiset materiaalit, kuten kupari, alumiini, platina ja uraani, tekevät magneetteista paljon heikompia kuin ferromagneettisten materiaalien valmistama.
Seostetut materiaalit
Ferromagneettisten ja paramagneettisten materiaalien seokset voivat vaihdella niiden magnetointimahdollisuuksien mukaan.Esimerkiksi, vaikka nikkeli on ferromagneettinen materiaali, viiden sentin kappale ei kiinnity magneettiin. Yhdysvaltain 5 sentin kolikko on seos, jossa on 20 prosenttia nikkeliä ja 80 prosenttia kuparia. Ruostumaton teräs on toinen esimerkki materiaalista, jota ei kiinnosta magneetti, koska se on ferromagneettisen raudan seos kromin ja lukuisten muiden paramagneettisten materiaalien kanssa.
Jotkin ferromagneettisten ja paramagneettisten materiaalien seokset tekevät kuitenkin vahvoista magneeteista. Yksi esimerkki on alnico, joka koostuu yhdessä muodossa ferromagneettisista metalleista raudasta, nikkelistä ja koboltista paramagneettisten materiaalien, alumiinin ja kuparin, kanssa.