ميدان مغناطيسي :ميدان مغناطيسي يک ميدان نيروست، مثل ميدان جاذبة زمين. درست همان‌طور که يک جسم در محدودة ميدان جاذبة زمين، جذب زمين مي‌شود، يک قطعة مغناطيسي نيز در ميدان مغناطيسيِ يک آهن‌ربا، جذب آهن‌ربا مي‌شود.
اين خاصيت مغناطيسي در آهن‌ربا به علت وجود دوقطبي‌هاي مغناطيسي است (يعني يک آهن‌ربا متشکل از آهن‌رباهاي ريز است). علت به وجود آمدن دوقطبي‌هاي مغناطيسي، حرکت الکترون‌هاست. براي درک بهتر انواع حرکت‌هاي الکترون، بهتر است قدري راجع به ساختمان اتم صحبت کنيم.
ساختمان اتم
همان‌طور که مي‌دانيم، اتم شامل مجموعه‌اي از ذرات باردار مثبت (پروتون‌ها) در هسته و مجموعه‌اي از ذرات باردار منفي (الکترون‌ها) در پوسته است. (نوترون در ايجاد خاصيت مغناطيسي تأثيري ندارد). الکترون‌ها در مدارهايي حلقوي به نام اُربيتال دور هسته مي‌چرخند. با نگاه به نمودار زير (که براي Fe26 رسم شده است) قطعاً اين مجموعه را به خاطر خواهيد آورد:
fe26:1s2,2s2,2P6,3s3,3P6,3d4,4s2
اُربيتال‌ها به ترتيب با نام‌هاي K و L وM وN و... شناخته مي‌شوند و در هر اُربيتال اتم‌ها در لايه‌هاي s و p و d و f به دور هسته مي‌چرخند. جهت چرخش الکترون به دور هسته را «اسپين» مي‌گوييم. در تمام اين مقاله، مي‌خواهيم اين موضوع را تفهيم کنيم که چرخش الکترون به دور هسته بُرداري به نام «گشتاور» ايجاد مي‌کند. حتماً قانون دست راست را به خاطر مي‌آوريد: اگر چهار انگشت در جهت چرخش الکترون‌ها خم بشوند، انگشت شصت دست راست، جهت نيرويي را نشان مي‌دهد که در اثر تغيير بردار حرکت الکترون توليد مي‌شود. مجموعة خطوط اين بردارهاي گشتاور، يک ميدان مغناطيسي را به وجود مي‌آورد. يعني وقتي يک جسم در فاصله‌اي نزديک چنين قطعه‌اي قرار بگيرد، اين مجموعه از نيروها بر آن وارد مي‌شوند و به اصطلاح آن را يا به طرف خود جسم مي‌کشند (جاذبه) و يا هُل مي‌دهند (دافعه).
قانون دست راست
امّا حتماً توجه داريد که دو نيرو در يک راستا، ولي در خلاف جهت هم، همديگر را خنثي مي‌کنند. بنابراين، اگر در يک لايه مانند s ــ که در آن دو الکترون در خلاف جهت هم دور هسته مي‌چرخند ــ هر دو الکترون وجود داشته باشند، دوبردار نيرو در خلاف جهت توليد مي‌شوند که همديگر را خنثي مي‌کنند. از اين رو، اگر جسمي در نزديکي آنها قرار بگيرد، يک نيرو آن را مي‌کشد و يک نيرو آن را هُل مي‌دهد و در کل هيچ نيرويي بر آن وارد نمي‌شود. پس مادة مورد نظر ما، با يک اربيتال پُر (داراي تعداد الکترون‌هاي زوج در لاية آخر که براي Fe26، اربيتال d لاية آخر است) داراي خاصيت مغناطيسي نخواهد بود.
اما يک راه ديگر هم براي ايجاد خاصيت مغناطيسي در ماده وجود دارد. در اين روش، خاصيت مغناطيسي ناشي از نوع ديگري از حرکت الکترون در اتم است. چون الکترون‌ها به جز حرکت اُربيتالي (چرخش به دور هسته که در بالا توضيح داده شد) مي‌توانند مثل کرة زمين به دور خود نيز بچرخند. در اين حالت نيز همان بردار گشتاور ايجاد مي‌شود و اگر تعداد الکترون‌ها در لاية آخر زوج باشد دوباره نيروهاي به‌وجودآمده همديگر را خنثي مي‌کنند.
جامداتي که در آنها لاية d در حال پر شدن است، داراي خاصيت مغناطيسي خواهند بود، اما اين خاصيت مغناطيسي فقط ناشي از چرخش الکترون‌هاي لاية آخر (
: Fe26) است. زيرا لاية d به هسته نزديک است و جاذبة هسته به الکترون‌هاي اين لايه اجازه نمي‌دهد که به دور خود بچرخند. اما در جامداتي که لاية f در حال پُر شدن است، چون فاصلة لايه از هسته زياد است، الکترون‌ها هم مي‌توانند به دور خودشان و هم به دور هسته بچرخند. پس دو بردار نيرو ناشي از دو نوع حرکت به وجود مي‌آيد و واضح است که خاصيت مغناطيسي بسيار بيشتر از حالت قبل خواهد شد. البته به اين موضوع هم بايد توجه کرد که جهت چرخش به دور هسته (حرکت اُربيتالي) و چرخش به دور خود (حرکت وضعي) براي يک الکترون در خلاف هم هستند.
حوزه‌هاي مغناطيسي
يک مادة مغناطيسي مجموعه‌اي از حوزه‌هاي مغناطيسي است. حوزة مغناطيسي، ناحيه‌اي است که درون آن همة الکترون‌هاي لايه‌هاي منفرد در يک جهت به دور هسته و به دور خود مي‌چرخند. يعني يک مادة چندحوزه‌اي مجموعه‌اي از حوزه‌هاست که در هر حوزه الکترون‌ها در جهتي خاص به دور هسته مي‌چرخند و مشخص است که هر چرخش الکترون، بردار نيرو در راستاي خاص خود را به وجود مي‌آورد و مجموعة بردارهاي نيروي توليدشده، در جهات مختلف، به نوعي همديگر را خنثي مي‌کنند. يعني ميدان نيروي ما، مجموعه‌اي از نيروهاي پراکنده است. پس قدرت آن ضعيف‌تر خواهد شد.
حوزه‌هاي مغناطيسي
براي درک اين موضوع به مثال زير توجه کنيد.
دو اتاق کنار هم را در نظر بگيريد. در اتاق اول 10 نفر وجود دارند. از اين 10 نفر، 1 نفر از جنوب به شمال، 2 نفر از غرب به شرق، 1 نفر از شرق به غرب و 4 نفر از شمال به جنوب در حرکت‌اند. (اين اتاق دقيقاً همان مادة چندحوزه‌اي است که در بالا به آنها اشاره شد و فلش‌ها جهت حرکت آدم‌ها هستند.)
در اتاق دوم 4 نفر وجود دارند که همگي از شمال اتاق
به سمت جنوب اتاق در حرکت‌اند. مشخص است که در اتاق اول آدم‌ها با هم برخورد مي‌کنند. بنابراين، برآيند حرکت آنها از شمال اتاق به جنوب اتاق خيلي کم‌تر از حرکت دو نفر از شمال اتاق به جنوب آن است. اما در اتاق دوم، چهار نفر به‌راحتي حرکت مي‌کنند و هيچ برخوردي بين آنها وجود ندارد. بنابراين، برآيند حرکتيِ آنها معادل حرکت 4 نفر است.
القاي مغناطيسي
القاي مغناطيسي يعني اينکه بخواهيم ماده‌اي را که براي مغناطيسي شدن مناسب است، مغناطيس کنيم. واضح است که براي اين کار بايد حوزه‌هاي مغناطيسي غير هم‌جهت را هم‌جهت کنيم تا نيروهاي حاصل همديگر را خنثي نکنند. براي اين کار بايد قطعه را با يک آهن‌ربا مالش دهيم، يا آن را در جهت ميدان مغناطيسيِ زمين گداخته کنيم يا در اين جهت چکش‌کاري کنيم. اين کارها باعث چرخيدن فلش‌ها در هر حوزه مي‌شوند تا در نهايت تمام فلش‌ها هم‌جهت شوند، يعني جهت چرخش الکترون‌ها در هر حوزه عوض شود. با اين کار مرز بين حوزه‌ها حرکت مي‌کند و حوزه‌هاي کوچک‌تر در حوزه‌هاي بزرگ ادغام (هضم) مي‌شوند.
تأثير ميدان بر حوزه‌هاي مغناطيسي