Elementaarmagnet

Aine magnetilisi omadusi, s.o. diamagnetism, paramagnetism ja ferromagnetism, selgitatakse elementaarmagnetitega, mida leidub iga para- ja ferromagnetilise tahke keha aatomi juures (vt allolevat joonist). Need on enamasti elektronispinnid või tuumaspinnid, mis toimivad aatomispinnid väikeste elementaarmagnetitena ja omavad magnetilist toimet. Niisuguseid elementaarmagneteid nimetatakse füüsikas magnetilisteks momentideks.

Elementaarmagnetite joondumine

Magnetiliste jõudude mõju püsimagnetites selgitatakse sellega, et elemantaarmagnetid materjali üksikaatomite juures on paralleelselt joondunud. Tegelikult esineb selline aatomispinnide paralleelne joondumine ferromagnetilistes ainetes, ehkki mitte tingimata kogu materjalis, küll aga nn Weiss’i piirkondades. Seda joondumist saab isegi katseliselt nähtavaks teha.

Elementaarmagnetite joondunud magnetilised momendid võimaldavad püsiva magnetiseerituse just siis, kui jõud, mis stabiliseerivad elementaarmagnetite paralleelset joondumist, on piisavalt suured. Kõige olulisem jõud on siin elektronispinnide vahetusvahetoime. Ferromagnetites takistab see, et joondunud aatomispinnid ei saaks termilise liikumise tõttu uuesti seguneda, mistõttu säilib püsiv magnetiseeritus.

Elementaarmagnetite suunatus võib aga hävineda termilise energia juurdevoolu ehk tugeva kuumutamise mõjul. Muud demagnetiseerimise võimalused on magnetile tugevate löökide andmine või välise, vastassuunalise magnetvälja rakendamine. Seejärel segunevad üksikud elementaarmagnetid taas ning materjalist väljaspool mõõdetav väli kaob.

Hea kujutluspildi elementaarmagnetite joondumise toimest saab magnetiliste kompassinõelte komplekti abil, mis on pöörlevalt plaadile paigutatud. Kompassinõelad joondavad end vastastikuse mõjuga teatud piirkondades paralleelselt. Sarnaselt Weiss’i domeenidele magneetimata ferromagnetis. Kui plaati väljastpoolt pühkida püsimagnetiga, siis ühinevad erinevad Weiss’i domeenid, kuna kompassinõelad joondavad end kõik üksteise suhtes paralleelselt. Sama juhtub elementaarmagnetitega ferromagnetilistes ja paramagnetilistes materjalides, kui need asetatakse välisesse magnetvälja. Paramagneti erinevus võrreldes ferromagnetiga seisneb selles, et elementaarmagnetite joondumine pole paramagnetis stabiilne, ferromagnetis aga on. Diamagnetitel puuduvad üldse elementaarmagnetid, mida saaks joondada.

Enamikul elektromagnetitest on ferromagnetiline rauasüdamik, mille elementaarmagnetid joondatakse elektromagniidi magnetväljaga ja see tugevneb mitmekordselt.