Kaj je magnetizem? Opredelitev, primeri, dejstva

Starodavni ljudje so uporabljali lostostone, naravne magnete iz železovega mineralnega magnetita. Pravzaprav beseda "magnet" izvira iz grških besed magnetis lithos, kar pomeni "magnezijski kamen" ali lodestone. Thales iz Mileta je raziskal lastnosti magnetizma okoli leta 625 pred našim štetjem do 545 pr. Indijski kirurg Sushruta je približno istega časa uporabljal magnete za kirurške namene. Kitajci so o magnetizmu pisali v četrtem stoletju pred našim štetjem in opisali, da so v prvem stoletju z iglo pritegnili iglo. Vendar pa kompas niso uporabljali za navigacijo do 11. stoletja na Kitajskem in leta 1187 v Evropi.

Medtem ko so bili magneti znani, ni bilo razloge za njihovo delovanje do leta 1819, ko je Hans Christian Ørsted po nesreči odkril magnetna polja okoli živih žic. Razmerje med elektriko in magnetizmom je opisal James Clerk Maxwell leta 1873 in vključena v Einsteinova teorija posebne relativnosti leta 1905.

Kaj je torej ta nevidna sila? Magnetizem povzroča elektromagnetna sila, ki je ena izmed štiri temeljne sile narave. Vsako gibljivo električno polnjenje (električni tok) ustvari pravokotno magnetno polje.

Poleg toka, ki potuje skozi žico, magnetizem proizvajajo magnetni trenutki vrtenja elementarni delci, kot so elektroni. Tako je vsa materija do neke mere magnetna, ker elektroni, ki krožijo v atomskem jedru, proizvajajo magnetno polje. V prisotnosti električnega polja atomi in molekule tvorijo električne dipole s pozitivno nabitim jedra, ki se premikajo drobno v smeri polja in negativno nabito elektroni, ki se premikajo drugega način.

Vsi materiali kažejo magnetizem, vendar je magnetno vedenje odvisno od elektronske konfiguracije atomov in temperature. Konfiguracija elektronov lahko povzroči, da se magnetni trenutki med seboj odpovejo (material postane manj magnetno) ali poravnajo (zaradi česar je bolj magnetno). Zvišanje temperature poveča naključno toplotno gibanje, elektrone težje poravnajo in običajno zmanjšajo moč magneta.

Magnetizem lahko razvrstimo glede na njegov vzrok in vedenje. Glavne vrste magnetizma so:

Diamagnetizem: Prikaz vseh materialov diamagnetizem, kar je težnja, da ga magnetno polje odbija. Toda druge vrste magnetizma so lahko močnejše od diamagnetizma, zato ga opazimo le v materialih, ki ne vsebujejo neprimernih elektronov. Ko sta prisotna para elektronov, se njuni "spin" magnetni trenutki med seboj odpovejo. V magnetnem polju so diamagnetni materiali šibko magnetizirani v nasprotni smeri uporabljenega polja. Primeri diamagnetnih materialov vključujejo zlato, kremen, vodo, baker in zrak.

Paramagnetizem: V paramagnetni material, obstajajo parni elektroni. Neparni elektroni lahko svobodno poravnajo svoje magnetne trenutke. V magnetnem polju se magnetni momenti poravnajo in magnetirajo v smeri uporabljenega polja in ga ojačajo. Primeri paramagnetnih materialov vključujejo magnezij, molibden, litij in tantal.

Feromagnetizem: Feromagnetni materiali lahko tvorijo trajne magnete in jih privlačijo magneti. Feromagnet ima neparne elektrone, magnetni trenutki elektronov pa ostanejo poravnani tudi, ko jih odstranimo iz magnetnega polja. Primeri feromagnetnih materialov vključujejo železo, kobalt, nikelj, zlitine teh kovin, nekaj redkih zemeljskih zlitin in nekaj manganovih zlitin.

Antiferromagnetizem: V nasprotju s feromagneti so lastni magnetni trenutki valenčnih elektronov v antiferromagnetni točki v nasprotnih smereh (proti vzporedni). Rezultat je neto magnetni moment ali magnetno polje. Antiferromagnetizem opazimo v spojinah prehodnih kovin, kot so hematit, železov mangan in nikljev oksid.

Ferrimagnetizem: Kot feromagneti, ferrimagneti zadržijo magnetiziranje kadar so odstranjeni iz magnetnega polja, vendar sosednji pari elektronov vrtijo v nasprotnih smereh. Rešetka materiala materiala naredi magnetni moment močnejši od tistega v drugi smeri. Ferrimagnetizem se pojavlja v magnetitu in drugih feritih. Tako kot feromagnet tudi ferrimagneti privlačijo magnete.

Obstajajo tudi druge vrste magnetizma, vključno s superparamagnetizmom, metamagnetizmom in spin steklom.

Nekateri živi organizmi zaznajo in uporabljajo magnetna polja. Sposobnost zaznavanja magnetnega polja se imenuje magnetocepcija. Primeri bitij, sposobnih magnetocepcije, vključujejo bakterije, mehkužce, členonožce in ptice. Človeško oko vsebuje kriptokromski protein, ki lahko omogoči določeno stopnjo magnetocepcije pri ljudeh.

Mnoga bitja uporabljajo magnetizem, kar je proces, znan kot biomagnetizem. Kitoni so na primer mehkužci, ki za strjevanje zob uporabljajo magnetit. Ljudje proizvajajo tudi magnetit v tkivu, kar lahko vpliva na delovanje imunskega in živčnega sistema.