Hva er magnetisme? Definisjon, eksempler, fakta

Gamle mennesker brukte lodesteiner, naturlige magneter laget av jernmineralmagneten. Faktisk kommer ordet "magnet" fra de greske ordene magnetis lithos, som betyr "magnesisk stein" eller lodestone. Thales of Miletus undersøkte magnetismens egenskaper rundt 625 f.Kr. til 545 fvt. Den indiske kirurgen Sushruta brukte magneter til kirurgiske formål omtrent på samme tid. Kineserne skrev om magnetisme i det fjerde århundre fvt og beskrev å bruke en steinstein for å tiltrekke en nål i det første århundre. Imidlertid kompass kom ikke i bruk for navigasjon før 1000-tallet i Kina og 1187 i Europa.

Mens magneter var kjent, var det ikke en forklaring på deres funksjon før i 1819, da Hans Christian Ørsted tilfeldigvis oppdaget magnetfelt rundt strømførende ledninger. Forholdet mellom elektrisitet og magnetisme ble beskrevet av James Clerk Maxwell i 1873 og innlemmet i Einsteins teori om spesiell relativitet i 1905.

Så, hva er denne usynlige kraften?

I tillegg til strømmen som går gjennom en ledning, produseres magnetisme av de magnetiske spinnmomentene til elementære partikler, for eksempel elektroner. Dermed er all materie til en viss grad magnetisk fordi elektroner som kretser rundt en atomkjerne produserer et magnetfelt. I nærvær av et elektrisk felt danner atomer og molekyler elektriske dipoler, med positive ladninger kjerner som beveger seg en liten bit i feltets retning og negativladede elektroner som beveger den andre vei.

Alle materialer har magnetisme, men magnetisk oppførsel er avhengig av elektronkonfigurasjonen til atomene og temperaturen. Elektronkonfigurasjonen kan føre til at magnetiske momenter avbryter hverandre (gjør materialet mindre magnetisk) eller justerer (gjør det mer magnetisk). Å øke temperaturen øker tilfeldig termisk bevegelse, noe som gjør det vanskeligere for elektronene å samkjøre, og vanligvis reduserer styrken til en magnet.

Magnetisme kan klassifiseres i henhold til årsaken og oppførselen. Hovedtyper av magnetisme er:

diamagnetism: Alle materialer vises diamagnetism, som er tendensen til å bli frastøtt av et magnetfelt. Imidlertid kan andre typer magnetisme være sterkere enn diamagnetisme, så det observeres bare i materialer som ikke inneholder uparrede elektroner. Når elektronpar er til stede, avbryter deres "spinn" magnetiske øyeblikk hverandre. I et magnetfelt magnetiseres diamagnetiske materialer svakt i motsatt retning av det påførte feltet. Eksempler på diamagnetiske materialer inkluderer gull, kvarts, vann, kobber og luft.

paramagnetisme: I en paramagnetisk materiale, det er upardede elektroner. De uparmerte elektronene står fritt til å justere sine magnetiske øyeblikk. I et magnetfelt justeres magnetmomentene og magnetiseres i retningen til det påførte feltet, og forsterker det. Eksempler på paramagnetiske materialer inkluderer magnesium, molybden, litium og tantal.

ferromagnetism: Ferromagnetiske materialer kan danne permanente magneter og tiltrekkes av magneter. En ferromagnet har uparmerte elektroner, pluss at magnetene i elektronene har en tendens til å forbli på linje selv når de fjernes fra et magnetfelt. Eksempler på ferromagnetiske materialer inkluderer jern, kobolt, nikkel, legeringer av disse metaller, noen sjeldne jordlegeringer og noen manganlegeringer.

Antiferromagnetism: I motsetning til ferromagneter, peker de iboende magnetiske momentene av valenselektroner i et antiferromagnet i motsatte retninger (anti-parallell). Resultatet er ingen nettomagnetisk moment eller magnetfelt. Antiferromagnetisme sees i overgangsmetallforbindelser, som hematitt, jernmangan og nikkeloksid.

Ferrimagnetism: Som ferromagneter, ferrimagneter beholde magnetisering når de fjernes fra et magnetfelt, men nabopar av elektronspinn peker i motsatte retninger. Gitterarrangementet til materialet gjør at magnetmomentet peker i en retning sterkere enn det som peker i den andre retningen. Ferrimagnetisme forekommer i magnetitt og andre ferriter. I likhet med ferromagneter tiltrekkes ferrimagneter av magneter.

Det finnes andre typer magnetisme, inkludert superparamagnetisme, metamagnetisme og spinnglass.

Noen levende organismer oppdager og bruker magnetiske felt. Evnen til å føle et magnetfelt kalles magnetepsjon. Eksempler på vesener som er i stand til magnetoception inkluderer bakterier, bløtdyr, leddyr og fugler. Det menneskelige øyet inneholder et kryptokromt protein som kan tillate en viss grad av magnetoception hos mennesker.

Mange skapninger bruker magnetisme, som er en prosess kjent som biomagnetisme. For eksempel er kitonger bløtdyr som bruker magnetitt for å herde tennene. Mennesker produserer også magnetitt i vev, noe som kan påvirke immunforsvaret og nervesystemets funksjoner.