onsdag 19 maj 2021

Magneter, armar och svajiga elektronmoln

 


På sistone har jag haft en känsla av att vara inne på upploppet när det gäller pandemin. Äldre familjemedlemmar, vänner, och kollegor har under den senaste månaden eller så börjat rapportera om sin första vaccinspruta och mer eller mindre biverkningar efter den (oftast mindre, verkar det som). Kanske kan jag också få min första spruta innan sommaren är slut.

Nu är det ju inte alla som ser sprutan som en länge efterlängtad mållinje som det ska bli skönt att passera. En vän gjorde mig uppmärksam på att några av de människor som tror att vaccinet innehåller mikrochip, mystiska nanopartiklar och andra märkligheter tycker sig ha hittat ett sätt att visa detta för alla - med hjälp av kylskåpsmagneter. En av dessa människor verkar till exempel ha twittrat till Emma Frans om att flera personer lyckats få kylskåpsmagneter att fastna på sin vaccinerade överarm, som om det satt något magnetiskt under huden. Mikrochip? Nanopartiklar? Vad kan detta röra sig om?

Jag är synnerligen skeptisk till att de här personerna faktiskt har fått något metallföremål under huden under vaccinationen som får kylskåpsmagneterna att fastna, men det skulle mycket väl kunna vara så att man kan få magneter att fastna på huden utan mikrochip eller liknande. Jag testade detta med en magnet från min kylskåpsdörr. Jag har inga traditionella, tjocka kylskåpsmagneter utan bara såna som är tunna och lite böjliga. (Jag har inte heller en enda kylskåpsmagnet som inte har någon form av reklamtryck på sig, med det hör egentligen inte hit). Den här tunna magneten tryckte jag mot huden på höger överarm. När jag tog bort handen så... stannade magneten kvar! Likadant när jag tryckte den mot pannan - se bilden ovan - men jag kan garantera att jag inte har vare sig mikrochip eller någon annan metallpryl i pannan. Så kan vi hitta någon annan förklaring?

Ska man hindra ett föremål - som en kylskåpsmagnet - från att falla behöver man hålla det uppe med en kraft som motverkar tyngdkraften. Sätter du magneten på kylskåpet kommer den kraften att vara den magnetiska kraften som drar den in mot kylskåpsdörren*. Eftersom magneten stannar på min panna måste det finnas en kraft som drar den in mot huvudet och som är tillräckligt stark för att motverka tyngdkraften - men som sagt, det kan inte vara samma sorts magnetiska kraft som mellan magneten och kylskåpsdörren eftersom jag inte har nån plåt i skallen. Inte heller handlar det om statisk elektricitet som för en ballong man gnider mot håret och fäster i taket (i så fall borde jag ha fått en stöt vid något tillfälle) och jag har inte limmat fast den. Min bästa gissning som fysiker är att det handlar om en van der Waals-kraft, en svag kraft som kan uppstå mellan två ytor.

Precis allt - magneter, huvuden, kylskåp - består av atomer med tunga, positivt laddade atomkärnor omgivna av moln av lätta, negativt laddade elektroner. Elektronmolnet kan vara olika tätt i olika riktnignar och det avgör helt hur atomerna sitter ihop med varandra. Det kan ge upphov till olika typer av bindningar (nån kanske känner igen kovalent bindning och jonbindning från skoltiden?). Elektronmolnet kan svaja en del runt atomkärnan så att det blir tätare på ena sidan och glesare på den andra, och eftersom elektronerna är laddade gör det att den tätare sidan får en lite mer negativ laddning och den glesare blir lite mer positivt laddad. Om det finns en annan atom i närheten kan elektronmolnet runt den påverkas så att den också får en sida som blir lite mer negativt laddad och en som blir lite mer positivt laddad. Det uppstår då en svag kraft som drar den positiva sidan av den ena atomen till den negativa sidan av den andra, och det är det som kallas van der Waals-kraft.

Om man trycker en magnet mot pannan handlar det naturligtvis inte om enstaka atomer som påverkar varandra, utan om enorma antal atomer och molekyler på ytan av magneten och på huden. Med så många atomer och molekyler som bidrar kan till och med den svaga van der Waals-kraften bli tillräckligt stark för att hålla något litet och lätt, som en kylskåpsmagnet, uppe.

Men om den här kraften kan uppstå för vilka material som helst borde vi väl lägga märke till den oftare? Vi upplever ju inte att allt vi rör vid fastnar på oss som de här kylskåpsmagneterna verkar göra. Jag skulle tro att det har att göra med att van der Waals-kraften har väldigt kort räckvidd. De flesta som hanterat kylskåpsmagneter vet att man kan känna kraften mellan magneten och kylskåpet på åtminstone någon centimeters avstånd. van der Waals-krafter å andra sidan har så kort räckvidd att om den ena ytan är lite skrovlig kommer de inte tillräckligt nära varandra för att kraften ska bli märkbar, vilket förklarar varför vi normalt sett inte märker av den. När det gäller magneter och pannor hjälper det antagligen att ytan på en kylskåpsmagnet oftast är väldigt slät, och huden i pannan (eller på armen) är mjuk och ofta antingen lite fuktig eller fet. När man pressar magneten mot huden ger huden efter lite och formar sig efter magneten, medan fukt och/eller fett fyller ut ojämnheterna och skapar nära kontakt mellan de två ytorna. Med andra ord, perfekta omständigheter för att van der Waals-kraften ska bli märkbar. 



*Fast eftersom den drar vinkelrätt mot tyngdkraften får den ta en omväg via en friktionskraft. Förutom tyngdkraften som drar den neråt och den magnetiska kraften som drar den mot kylskåpsdörren kommer magneten också att påverkas av en friktionskraft som drar i motsatt riktning mot vilken kraft som än försöker få den att röra sig över ytan - i det här fallet kommer den att dra åt rakt motsatt håll jämfört med tyngkraften. Friktionskrafter kommer sig av att när två ytor glider mot varandra kommer ojämnheter på ytorna att "haka i" varandra och på det sättet hindra rörelsen, och ju mer man pressar ihop två ytor desto starkare blir friktionskraften (för fysiker: den statiska friktionskraften är proportionell mot normalkraften). Den magnetiska kraften håller alltså magneten uppe genom att göra friktionskraften starkare.