Kuidas magnetid toimivad?

Magnet on materjal, mis on võimeline tootma a magnetväli. Kuna iga liikuv elektrilaeng tekitab magnetvälja, elektronid on pisikesed magnetid. See elektrivool on üks magnetismi allikaid. Enamikus materjalides on elektronid siiski juhuslikult orienteeritud, seega on netomagnetvälja vähe või üldse mitte. Lihtsustatult öeldes kipuvad magneti elektronid samamoodi orienteeruma. See juhtub looduslikult paljude ioonide, aatomite ja materjalide korral nende jahutamisel, kuid toatemperatuuril pole see nii tavaline. Mõned elemendid (nt raud, koobalt ja nikkel) on toatemperatuuril ferromagnetilised (neid võib magnetvälja magnetiseerumine esile kutsuda). Nende jaoks elemente, on elektriline potentsiaal madalaim, kui valentselektronite magnetmomendid on joondatud. Paljud muud elemendid on diamagneetiline. Paarimata aatomid diamagnetilistes materjalides tekitavad välja, mis tõrjub nõrgalt magneti. Mõned materjalid ei reageeri üldse magnetidega.

Aatomi magnetiline dipool on magnetismi allikas. Aatomi tasandil on magnetidipoolid peamiselt elektronide kahte tüüpi liikumise tagajärg. Tuuma ümber toimub elektroni orbitaalne liikumine, mis tekitab orbiidi dipoolmagnetmomendi. Elektroni magnetilise momendi teine ​​komponent on tingitud

instagram viewer
keerutama dipoolmagnetmoment. Kuid elektronide liikumine tuuma ümber ei ole tegelikult orbiit, samuti pole spinn-dipoolne magnetmoment seotud elektronide tegeliku "ketramisega". Paaritamata elektronid aitavad tavaliselt kaasa materjali võimele muutuda magnetiliseks, kuna elektronide magnetilist momenti ei saa totaalsete elektronide olemasolul täielikult tühistada.

Tuumas olevatel prootonitel ja neutronitel on ka orbitaal- ja spindenurga impulss ning magnetilised momendid. Tuumamagnetmoment on palju nõrgem kui elektrooniline magnetmoment, sest ehkki erinevate nurkkiirus on erinev osakesed võivad olla võrreldavad, magnetiline moment on pöördvõrdeline massiga (elektroni mass on palju väiksem kui prootonil või neutron). Nõrgem tuumamagnetmoment vastutab tuumamagnetresonantsi (NMR) eest, mida kasutatakse magnetresonantstomograafia (MRI) jaoks.