Cum funcţionează magneţii?

Mi s-a zis că magneţii păstrează bucăţi de gravitaţie atunci când sunt scoşi din pământ şi astfel atrag obiectele. E adevărat?

Sarcinile electrice in miscare produc camp magnetic, iar variatiile in campul magnetic produc camp electric. In jurul nucleelor se agita niste electroni, care au sarcina electrica. Fiecare electron produce deci un camp magnetic. In anumite configuratii ale straturilor de electroni, campurile magnetice produse de electroni se anuleaza; in general, insa, atomii au camp magnetic propriu, care este afectat de legaturile cu alti atomi. In cristale, in particular, atomii stau intr-o retea regulata, cu o orientare bine stabilita. Metalele, in general, au o structura policristalina, adica sunt formate din cristale foarte foarte mici, lipite unul de altul, si orientate haotic. In particular, in reteaua cristalina a fierului, a nichelului, a cromului, a unor aliaje interesante, a unor oxizi de fier etc., atomii sunt aranjati in asa fel incat campul lor magnetic individual se compune, si cristalul are, la randul lui, camp magnetic. Intr-o bucata normala de fier, insa, microcristalele nu sunt aliniate dupa o directie predominanta, si campurile lor magnetice se anuleaza reciproc. Un camp magnetic orienteaza microcristalele predominant dupa directia campului; un camp magnetic slab nu are un efect permanent, si microcristalele revin la pozitia initiala dupa indepartarea lui, insa un camp magnetic puternic le afecteaza suficient de tare incat sa ramana orientate si dupa ce campul nu mai exista, transformand bucata de fier intr-un magnet permanent. Materialele magnetizabile se clasifica dupa intensitatea campului de care e nevoie ca sa se magnetizeze permanent (coercivitate). Fierul e un material magnetic moale, care se magnetizeaza si demagnetizeaza usor, si nu pastreaza un camp foarte intens. Magnetii permanenti se fabrica din materiale magnetic dure, care nu se magnetizeaza si demagnetizeaza usor, si sunt capabile sa genereze campuri puternice atunci cand sunt magnetizate.

Toate astea sunt foarte frumoase, dar, totusi, cum se propaga campul magnetic? Intr-un fel, campul magnetic in sine nu se propaga; doar schimbarile lui se propaga, pentru ca genereaza camp electric, iar variatiile in campul electric genereaza camp magnetic, si asa mai departe. De fapt, asta raspunde si la intrebarea lui Silviu Mihaila, "ce este lumina?" si, indirect, la "de ce e o frunza verde?". Campul electromagnetic se propaga din aproape in aproape, prin faptul ca variatia campului electric produce camp magnetic si cea a campului magnetic, camp electric. In manualul de fizica exista, pe langa ecualtiile lui Maxwell care descriu treaba asta, un desen cu doua sinusoide defazate cu 90 de grade, in plane perpendiculare, de-a lungul directiei de propagare, reprezentand campul electric si campul magnetic al unei unde electromagnetice. In esenta, orice sarcina electrica in miscare accelerata produce unde electromagnetice; o sarcina electrica in miscare liniara cu viteza constanta produce doar un camp magnetic, insa, la un moment dat, trebuie sa fi inceput sa se miste (sau sa-si fi schimbat directia), si atunci a produs si ea unde electromagnetice, deci spatiul din jur "a aflat" despre miscarea ei.

Undele electromagnetice pot fi privite si ca particule: cand un electron isi schimba viteza, emite niste fotoni; alti electron pot sa absoarba fotonii respectivi, si sa isi schimbe si ei directia. Interactiunea dintre sarcinile electrice e mediata de fotoni. Cand miscam un magnet, generam un camp electromagnetic, adica niste fotoni, pe care obiectele din jur pot sa ii absoarba, si, in felul asta, sa "afle" despre faptul ca am miscat magnetul; de fapt, particulele cu sarcina electrica din obiectele atrase de magneti interactioneaza cu campul electric din unda electromagnetica, si se deplaseaza dupa directia campului; miscarea lor produce camp magnetic, care neutralizeaza componenta magnetica a campului electromangnetic, absorbind, efectiv, fotonul, care dispare, nu inainte sa fi transmis in felul asta energie de la magnetul in miscare la obiectul din campul magnetic. Evident, obiectul atras de magnet contine si el sarcini electrice in miscare, care emit si ele fotoni, si o parte dintre ei sunt absorbiti de magnet, asa ca interactiunea e bidirectionala (magnetul atrage bucata de fier, dar si bucata de fier atrage magnetul). Ce anume sunt fotonii si campul electromagnetic? Beats me.

Ar mai trebui sa precizez ca, pe langa materialele feromagnetice (fier, crom, nichel), ai caror mici magneti atomici se orienteaza masiv pe directia unui camp magnetic exterior (deci sunt atrase puternic de magneti) si care pot avea camp magnetic propriu in absenta unui camp magnetic exterior (deci pot fi magneti permanenti), exista si materiale paramagnetice, care se magnetizeaza foarte slab in prezenta unui camp magnetic exterior, deci sunt atrase de magneti; materialele paramagnetice nu pot avea insa camp magnetic propriu in absenta unui camp exterior. Cele mai interesante sunt insa materialele diamagnetice, cum ar fi cuprul si bismutul, care se magnetizeaza tot foarte slab, insa in sens opus campului magnetic extern, fiind deci respinse de magneti. Cu un magnet permanent puternic, doua bucati de bismut si multa rabdare se poate face un alt magnet sa pluteasca in echilibru sub magnetul mare, intre cele doua bucati de bismut.