La maggior parte delle persone sa che il ferro è attratto dai magneti, mentre altri metalli come l'oro e l'argento non lo sono. Eppure poche persone possono spiegare esattamente perché il ferro ha questa relazione magica con il magnetismo. Per arrivare alla risposta, è necessario scendere al livello atomico ed esaminare la natura magnetica degli elettroni di un atomo.

Elettroni e magnetismo

La scienza dietro il magnetismo, come l'elettricità, scende agli elettroni, le particelle caricate negativamente che circondano il nucleo di un atomo. Tutti gli elettroni hanno proprietà magnetiche, proprio come hanno proprietà elettriche. Quando un elettrone esibisce il magnetismo e, di conseguenza, la sua capacità di interagire con un campo magnetico esterno, si dice che abbia un momento magnetico.

Il momento magnetico di un elettrone si basa sul suo spin e sulla sua orbita, che sono entrambi i principali della meccanica quantistica. Senza entrare nelle equazioni quantistiche, basti dire che il momento magnetico di un elettrone è dovuto al suo movimento.

Cosa rende un materiale magnetico?

Mentre i singoli atomi in qualsiasi sostanza possono avere momenti magnetici , ciò non significa che la sostanza stessa sia magnetica. Perché la sostanza sia magnetica, hai bisogno di un numero sufficiente di atomi che lavorino tutti insieme. Questo richiede due cose.

La prima cosa che deve accadere è che ci deve essere un disaccordo tra gli atomi. In molte sostanze, tutti gli elettroni si allineano in coppie ordinate, ognuna delle quali annulla le proprietà magnetiche dell'altro. Se immaginate 1.000 locomotive, metà delle quali cerca di andare verso nord e l'altra metà verso sud, nessuno di loro si muoverà. Quindi, perché una sostanza sia magnetica, i suoi elettroni non possono essere tutti accoppiati.

Tuttavia, questo di per sé non è sufficiente perché la sostanza sia magnetica. Solo perché gli elettroni di un materiale non si allineano a coppie non significa necessariamente che la sostanza sia magnetica. Il manganese, ad esempio, un importante minerale presente nelle noci e nei cereali e essenziale per le ossa sane, non è magnetico, anche se i suoi elettroni non si allineano a coppie. Se avessi 1001 motori di treno, 500 rivolti a sud e 501 rivolti a nord, quel motore in più non farà molta differenza.

La seconda cosa di cui hai bisogno è un numero sufficiente di elettroni per allinearsi parallelamente l'un l'altro - come un sacco di locomotive rivolte nella stessa direzione - quindi la loro capacità di interagire con un campo magnetico esterno è abbastanza consistente da spostare l'intero oggetto.

Qualsiasi materiale che ha queste due condizioni è chiamato ferromagnetico . Il ferro è l'elemento ferromagnetico più comune. Altri due elementi ferromagnetici sono il nichel e il cobalto. Tuttavia, molte altre sostanze possono essere ferromagnetiche quando sono riscaldate o combinate con altri materiali.