Ferromagnetism
Hallå!!!
Min fråga handlar om ferromagnetism:
Jag har läst att ferromagism uppstår när elektronskalen överlappar varandra och pga att elektroner vill bort från varandra (elektromagnetism) vill de ha en annan orbital en den andra elektronen. Det gör att de har samma spinn enligt pauliprincipen. Min fråga är att t.ex om ett föremål har två valenselektroner borde det väl bli 50% chans att den andra valenselektronen får samma spinn i sin överlappningen som den första? Kan det vara så att några överlappningar har samma spinn och därför blir det ett resulterande spinn? Men då borde väl inte det bli ett så starkt ferromagnetiskt material om det bara är några elektronöverlappningar som får samma spinn?
Och hur får ett material egentligen fältlinjer? Fältlinjer är ju egentligen virtuella fotoner men varför skulle elektroners spinn göra så att virtuella fotoner börjar komma från det magnetiska materialet??
Hej Sporerodas!
Jag tycker att det är jätteroligt att du är ute på äventyr i fysikens underbara värld. Det är dock lite svårt att svara på dina frågor på ett lämpligt sätt utgående från de kunskaper man besitter i årskurs 7. Men jag ska göra ett försök :)
När det gäller elektriska egenskaper hos material gäller att alla material i en bredare mening har någon form av diamagnetiska egenskaper. I denna kontext brukar man dela upp material i två huvudgrupper, metaller och ickemetaller (det finns naturligtvis lite undantag och gränsfall).
Sedan delas metallerna i sin tur upp i undergrupper baserat på hur man kan beskriva elektronernas uppförande när de bildar "energiband". Här skiljer man i regel på material som uppvisar ferromagnetiska band, "vanliga" band och de som sorterar under "Pauli spin paramagnetism". Det är lite denna uppdelning jag tror förvirrar dig.
Elektroner i atomer kommer alltid besätta orbitaler (banor) så att de ger maximalt spinn utan att bryta mot Paulis princip. Fyllda elektronskal innebär 0 resulterande magnetiskt moment (från spinn eller bana) . Men atomer (eller joner) med ofullständiga skal får ett resulterande magnetiskt moment. "Fria" atomer är i regel "magnetiska". Elektroner med samma spinn undviker att komma alltför nära varandra (för minimera Coulombpotentialen, naturen gillar att minimera). Exempelvis har den fria väteatomen en 1s, elektron och är därför lite "magnetisk". Den stabila versionen av väte är en vätemolekyl med två elektroner av motriktat spinn och ett resulterande magnetiskt moment 0 (från spinn och bana).
När atomer klumpar ihop sig med andra atomer i stora ordnade former går i regel atomernas enskilda moment förlorat. Vi kan lite förenklat säga att det beror på att magnetiska moment som härrör från valenselektroner går förlorat eftersom valenselektronerna i sig (genom jon-, kovalent- eller metallisk bindning) går ihop till en gemensam elektrongas (främst metaller) eller delas på något sätt mellan kärnorna i aggregatet och förlorar sina "lokaliserade" egenskaper.
Att t.ex. Fe, Co och Ni är ferromagnetiska beror i första hand på att det översta d-bandet uppför sig atomlikt i så motto att när det fylls upp smalnar det övre delen av bandet av och ger väldigt lite dispersion. Ju större avsmalning och fyllnadsgrad av d-bandet desto större sannolikhet att det uppstår ett magnetiskt moment (ju mer uppför materialet sig som en fri atom). I den andra och tredje fyllnadsserien har d-orbitalerna större diameter och överlappar mer vilket gör att det inte uppstår ferromagnetism.
Och till din sista fråga, naturen har inga fältlinjer. Fältlinjer är något människor använder för att åskådliggöra vektorfält. En vektor har en storlek (t.ex. 5 m/s) och en riktning (t.ex. uppåt), ett vektorfält är ett fält av vektorer (ungefär som ett sädesfält, i varje punkt kan du få veta vad vetestrået som växer just där har för storlek och riktning/lutning). Genom att rita ut fältlinjer får man en uppfattning om riktningen av fältet i olika punkter. Man kan också åskådliggöra storleken (styrkan) i fältet genom att använda färger, eller genom att placera flödeslinjerna tätare när flödet är stort.
