Mis on magnetism? Mõiste, näited, faktid

Muistsed inimesed kasutasid rauakividest magnetiidist looduslikke magneteid. Tegelikult pärineb sõna "magnet" kreeka sõnadest magnetis litod, mis tähendab "Magneesi kivi" või lodestone. Thales of Miletus uuris magnetismi omadusi umbes 625 eKr kuni 545 eKr. India kirurg Sushruta kasutas magneteid kirurgilistel eesmärkidel umbes samal ajal. Hiinlased kirjutasid magnetismist neljandal sajandil eKr ja kirjeldasid lodestoni kasutamist nõela meelitamiseks esimesel sajandil. Siiski kompass kasutati navigeerimisel alles 11. sajandil Hiinas ja 1187 Euroopas.

Ehkki magnetid olid teada, selgitati nende funktsiooni alles 1819. aastal, kui Hans Christian Ørsted avastas kogemata magnetvälja ümber juhtme. Elektri ja magnetismi suhet kirjeldas James Clerk Maxwell aastal 1873 ja inkorporeeritud Einsteini erirelatiivsusteooria aastal 1905.

Mis on see nähtamatu jõud? Magnetism on põhjustatud elektromagnetilisest jõust, mis on üks neli põhijõud

Lisaks traadi kaudu liikuvale voolule tekitavad magnetilisust ka spin-magnetmomendid elementaarosakesed, näiteks elektronid. Seega on kogu mateeria mingil määral magnetiline, kuna aatomituumas tiirlevad elektronid tekitavad magnetvälja. Elektrivälja olemasolul moodustavad aatomid ja molekulid positiivse laenguga elektrilisi dipoole tuumad, mis liiguvad pisikese suunaga välja suunas, ja negatiivselt laetud elektronid, mis liiguvad teist pidi tee.

Kõigil materjalidel on magnetism, kuid magnetiline käitumine sõltub aatomite elektronide konfiguratsioonist ja temperatuurist. Elektroni konfiguratsioon võib põhjustada magnetmomentide üksteise väljalülitamise (muudab materjali vähem magnetiliseks) või joondada (muutes selle magnetilisemaks). Temperatuuri tõus suurendab juhuslikku termilist liikumist, muutes elektronide joondamise keerukamaks ja vähendab tavaliselt magneti tugevust.

Magnetismi võib liigitada põhjuse ja käitumise järgi. Peamised magnetismi tüübid on:

Diamagnetism: Kuvatakse kõik materjalid diamagnetism, mis on kalduvus magnetvälja tõrjuda. Kuid muud tüüpi magnetism võib olla tugevam kui diamagnetism, seetõttu täheldatakse seda ainult materjalides, mis ei sisalda paarimata elektrone. Kui elektronide paarid on kohal, tühistavad nende "pöörlevad" magnetmomendid üksteise. Magnetväljas magnetiseeritakse diamagneetilisi materjale rakendatud välja vastassuunas nõrgalt. Diamagnetiliste materjalide näideteks on kuld, kvarts, vesi, vask ja õhk.

Paramagnetism: Sees paramagnetiline materjal, seal on paarimata elektronid. Paarimata elektronidel on vabadus oma magnetmomente joondada. Magnetväljas joonduvad magnetmomendid ja magnetiseeritakse rakendatud välja suunas, tugevdades seda. Paramagneetiliste materjalide näideteks on magneesium, molübdeen, liitium ja tantaal.

Ferromagnetizmus: Ferromagnetilised materjalid võivad moodustada püsimagneteid ja tõmbavad neid magnetide vastu. Ferromagnetil on paarimata elektrone, lisaks kipuvad elektronide magnetilised momendid püsima joondatud isegi siis, kui need magnetväljalt eemaldatakse. Ferromagnetiliste materjalide näideteks on raud, koobalt, nikkel, nende metallide sulamid, mõned haruldaste muldmetallide sulamid ja mõned mangaani sulamid.

Antiferromagnetism: Vastupidiselt ferromagnetidele on valentselektronite olemuslikud magnetmomendid antiferromagnetilises punktis vastassuundades (paralleelselt). Tulemuseks ei ole netomagnetmoment ega magnetväli. Antiferromagnetilisust nähakse siirdemetallide ühendites, nagu hematiit, raudmangaan ja nikloksiid.

Ferrimagnetism: Nagu ferromagnetid, ferrimagnetid säilitada magnetilisus Kui magnetväli eemaldatakse, kuid naabruses olevad elektronide keerdpaarid osutavad vastassuundades. Materjali võre paigutus muudab ühes suunas suunatud magnetilise momendi tugevamaks kui teises suunas osutatav. Ferrimagnetism toimub magnetiidis ja teistes ferriitides. Nagu ferromagnetid, tõmbavad ferrimagnetid ka magnetid.

On ka teisi magnetismi tüüpe, sealhulgas superparamagnetism, metamagnetism ja spin klaas.

Mõned elusorganismid tuvastavad ja kasutavad magnetvälju. Võimalust tajuda magnetvälja nimetatakse magnetoceptsiooniks. Näited olenditest, mis on võimelised magnetneksima, hõlmavad baktereid, limuseid, lülijalgseid ja linde. Inimsilm sisaldab krüptokroomvalku, mis võib võimaldada inimestel teatud määral magnetohtu.

Paljud olendid kasutavad magnetismi, mida nimetatakse biomagnetismiks. Näiteks on kitonid molluskid, kes kasutavad hammaste kõvendamiseks magnetiiti. Inimesed tekitavad kudedes ka magnetiiti, mis võib mõjutada immuunsuse ja närvisüsteemi funktsioone.