Γιατί ο σίδηρος είναι μαγνητικός και το ξύλο όχι;

Andrew Ballantyne/CC-BY-2.0

Κάθε άτομο σιδήρου έχει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο του οποίου το σπιν μπορεί να ευθυγραμμιστεί με αυτό του ασύζευκτου ηλεκτρονίου από ένα γειτονικό άτομο σιδήρου. Η περιστροφή του φορτισμένου ηλεκτρονίου δημιουργεί μια μαγνητική ροπή, η οποία με τη σειρά της μπορεί να ευθυγραμμιστεί με έναν εξωτερικό μαγνήτη, καθιστώντας έτσι το σίδηρο μαγνητικό. Τα άτομα του ξύλου δεν έχουν ασύζευκτα σπιν ηλεκτρονίων που μπορούν να ευθυγραμμιστούν με έναν μαγνήτη, και επομένως είναι μη μαγνητικό.



Ένα φορτίο που περιστρέφεται έχει μια μαγνητική ροπή που μπορεί να επηρεαστεί από γειτονικά φορτία ή έναν εξωτερικό μαγνήτη. Τα άτομα σιδήρου έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια των οποίων τα σπιν ευθυγραμμίζονται με τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια των γειτονικών ατόμων. Όταν οι περιστροφές μιας μικρής περιοχής σιδήρου ευθυγραμμίζονται μεταξύ τους, αυτή η περιοχή λειτουργεί σαν μαγνήτης και ονομάζεται τομέας. Ο ίδιος ο φυσικός σίδηρος δεν σχηματίζει μαγνήτες, επειδή ένα κομμάτι σιδήρου περιέχει πολλές περιοχές και τα σπιν των ηλεκτρονίων σε κάθε τομέα λειτουργούν ενάντια στα άλλα, ακυρώνοντας έτσι κάθε καθαρό μαγνητικό αποτέλεσμα. Εάν ένα κομμάτι σιδήρου πλησιάσει έναν εξωτερικό μαγνήτη, οι περιστροφές όλων των περιοχών ευθυγραμμίζονται με την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου του εξωτερικού μαγνήτη, μεταβάλλοντας έτσι το κομμάτι σιδήρου σε προσωρινό μαγνήτη. Ακόμη και μετά την απομάκρυνση του εξωτερικού μαγνήτη, το σίδερο παραμένει μαγνητισμένο για σύντομο χρονικό διάστημα λόγω της ευθυγράμμισης των περιοχών.

Το ξύλο, από την άλλη πλευρά, δεν έχει ελεύθερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια των οποίων οι σπιν μπορούν να ευθυγραμμιστούν για να σχηματίσουν τομείς. Η μαγνητική ροπή των μεμονωμένων ηλεκτρονίων δεν είναι διαθέσιμη για ευθυγράμμιση με εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Αυτός είναι ο λόγος που το ξύλο δεν έλκεται από τους μαγνήτες και δεν μπορεί να μαγνητιστεί.