Hvad er magnetisme? Definition, eksempler, fakta

Gamle mennesker brugte lodsten, naturlige magneter lavet af jernmineralmagneten. Faktisk kommer ordet "magnet" fra de græske ord magnetis lithos, hvilket betyder "magnesisk sten" eller lodsten. Thales of Miletus undersøgte egenskaberne ved magnetisme omkring 625 f.Kr. til 545 fvt. Den indiske kirurg Sushruta brugte magneter til kirurgiske formål omtrent på samme tid. Kineserne skrev om magnetisme i det fjerde århundrede fvt og beskrev ved hjælp af en lodsten til at tiltrække en nål i det første århundrede. Dog kompas kom ikke i brug til navigation før i det 11. århundrede i Kina og 1187 i Europa.

Mens magneter var kendt, var der ikke en forklaring på deres funktion før i 1819, da Hans Christian Ørsted ved et uheld opdagede magnetfelter omkring levende ledninger. Forholdet mellem elektricitet og magnetisme blev beskrevet af James Clerk Maxwell i 1873 og indarbejdet i Einsteins teori om særlig relativitet i 1905.

Så hvad er denne usynlige styrke? Magnetisme er forårsaget af den elektromagnetiske kraft, som er en af fire grundlæggende kræfter af naturen. Enhver elektrisk ladning i bevægelse (elektrisk strøm) genererer et magnetfelt vinkelret på det.

Ud over strøm, der kører gennem en ledning, produceres magnetisme af spin magnetiske øjeblikke af elementære partikler, såsom elektroner. Al materie er således til en vis grad magnetisk, fordi elektroner, der kredser omkring en atomkerne, producerer et magnetfelt. I nærvær af et elektrisk felt danner atomer og molekyler elektriske dipoler med positive ladninger kerner, der bevæger sig en lille smule i retning af marken og negativladede elektroner, der bevæger sig den anden vej.

Alle materialer udviser magnetisme, men magnetisk opførsel afhænger af atomenes elektronkonfiguration og temperaturen. Elektronkonfigurationen kan forårsage, at magnetiske øjeblikke annullerer hinanden (gør materialet mindre magnetisk) eller justerer (gør det mere magnetisk). At øge temperaturen øger tilfældig termisk bevægelse, hvilket gør det sværere for elektroner at justere og typisk reducere styrken af ​​en magnet.

Magnetisme kan klassificeres efter dens årsag og opførsel. De vigtigste typer af magnetisme er:

Diamagnetisme: Alt materiale vises diamagnetisme, hvilket er tendensen til at blive frastødet af et magnetfelt. Imidlertid kan andre typer magnetisme være stærkere end diamagnetisme, så det observeres kun i materialer, der ikke indeholder uparrede elektroner. Når elektronpar er til stede, annullerer deres "spin" magnetiske øjeblikke hinanden. I et magnetfelt magnetiseres diamagnetiske materialer svagt i den modsatte retning af det påførte felt. Eksempler på diamagnetiske materialer inkluderer guld, kvarts, vand, kobber og luft.

paramagnetisme: I en paramagnetisk materiale, der er uparrede elektroner. De uparrede elektroner er fri til at justere deres magnetiske øjeblikke. I et magnetfelt justeres magnetmomenterne og magnetiseres i retningen af ​​det påførte felt, hvilket forstærker det. Eksempler på paramagnetiske materialer inkluderer magnesium, molybdæn, lithium og tantal.

ferromagnetism: Ferromagnetiske materialer kan danne permanente magneter og tiltrækkes af magneter. En ferromagnet har uparrede elektroner, plus de magnetiske øjeblikke af elektronerne har tendens til at forblive på linje, selv når de fjernes fra et magnetfelt. Eksempler på ferromagnetiske materialer inkluderer jern, cobalt, nikkel, legeringer af disse metaller, nogle sjældne jordlegeringer og nogle manganlegeringer.

ferrimagnetisme: I modsætning til ferromagneter peger de intrinsiske magnetiske øjeblikke af valenselektroner i et antiferromagnet i modsatte retninger (anti-parallel). Resultatet er intet netto magnetisk moment eller magnetfelt. Antiferromagnetisme ses i overgangsmetallforbindelser, såsom hæmatit, jernmangan og nikkeloxid.

ferrimagnetisme: Som ferromagneter, ferrimagnets fasthold magnetisering når de fjernes fra et magnetfelt, men nabopar af elektronspins peger i modsatte retninger. Gitterarrangementet af materialet gør det magnetiske moment, der peger i den ene retning stærkere end det, der peger i den anden retning. Ferrimagnetisme forekommer i magnetit og andre ferriter. Som ferromagneter tiltrækkes ferrimagneter af magneter.

Der er også andre typer magnetisme, herunder superparamagnetisme, metamagnetisme og spinglas.

Nogle levende organismer registrerer og bruger magnetiske felter. Evnen til at føle et magnetfelt kaldes magnetoception. Eksempler på væsener, der er i stand til magnetoception, inkluderer bakterier, bløddyr, leddyr og fugle. Det menneskelige øje indeholder et kryptokromt protein, der muliggør en vis grad af magnetoception hos mennesker.

Mange skabninger bruger magnetisme, som er en proces, der kaldes biomagnetisme. For eksempel er kitoner bløddyr, der bruger magnetit til at hærde deres tænder. Mennesker producerer også magnetit i væv, hvilket kan påvirke immun- og nervesystemets funktioner.