Što je magnetizam? Definicija, primjeri, činjenice

Drevni ljudi koristili su lodestones, prirodne magnete izrađene od željeznog mineralnog magnetita. U stvari, riječ "magnet" dolazi od grčkih riječi magnetis lithos, što znači "magnezijski kamen" ili lodestone. Thales iz Mileta istraživao je svojstva magnetizma oko 625. godine prije 545. godine prije Krista. Indijski kirurg Sushruta koristio je magnete u kirurške svrhe otprilike u isto vrijeme. Kinezi su pisali o magnetizmu u četvrtom stoljeću prije Krista i opisali su to pomoću kamena od kamena da bi privukli iglu u prvom stoljeću. Međutim kompas nisu se koristili za plovidbu do 11. stoljeća u Kini i 1187. u Europi.

Iako su bili poznati magneti, postojalo je objašnjenje njihove funkcije sve do 1819. godine, kada je Hans Christian Ørsted slučajno otkrio magnetska polja oko živih žica. Opisao je odnos između električne energije i magnetizma James Clerk Maxwell 1873. i ugrađen u Einsteinova teorija posebne relativnosti 1905. godine.

Pa, što je to nevidljiva sila? Magnetizam uzrokuje elektromagnetska sila koja je jedna od četiri temeljne sile prirode. Svaki pokretni električni naboj (električna struja) stvara magnetsko polje okomito na njega.

Pored struje koja putuje žicom, magnetizam nastaje magnetskim momentima vrtnje od elementarne čestice, poput elektrona. Dakle, sva je materija do neke mjere magnetska jer elektroni koji orbitiraju u atomskom jezgru proizvode magnetsko polje. U prisutnosti električnog polja, atomi i molekule tvore električne dipole, s pozitivno nabijenim jezgre koje se kreću sitno u smjeru polja, a negativno nabijeni elektroni koji se kreću drugi put.

Svi materijali pokazuju magnetizam, ali magnetsko ponašanje ovisi o elektronskoj konfiguraciji atoma i temperaturi. Konfiguracija elektrona može uzrokovati da se magnetski momenti međusobno poništavaju (materijal čini manje magnetskim) ili se poravnavaju (čineći ga magnetskijim). Povećana temperatura povećava nasumično termičko gibanje, što otežava poravnavanje elektrona i obično smanjuje snagu magneta.

Magnetizam se može klasificirati prema uzroku i ponašanju. Glavne vrste magnetizma su:

Diamagnetism: Prikaz svih materijala diamagnetism, koja je tendencija odbijanja magnetskim poljem. Međutim, i druge vrste magnetizma mogu biti jače od dijamagnetizma, pa se on opaža samo u materijalima koji ne sadrže neuparene elektrone. Kad su prisutni parovi elektrona, njihovi se "spin" magnetski momenti međusobno poništavaju. U magnetskom polju dijamagnetski materijali slabo se magnetiziraju u suprotnom smjeru od primijenjenog polja. Primjeri dijamagnetičkih materijala uključuju zlato, kvarc, vodu, bakar i zrak.

paramagnetizam: U paramagnetni materijal, postoje nespareni elektroni. Neparni elektroni mogu slobodno uskladiti svoje magnetske momente. U magnetskom polju magnetski se trenuci poravnavaju i magnetiziraju u smjeru primijenjenog polja pojačavajući ga. Primjeri paramagnetnih materijala uključuju magnezij, molibden, litij i tantal.

feromagnetizma: Feromagnetski materijali mogu tvoriti trajne magnete i privlače ih magneti. Feromagnet ima nesparene elektrone, a magnetski momenti elektrona imaju tendenciju da ostanu poravnjeni čak i kada su uklonjeni iz magnetskog polja. Primjeri feromagnetskih materijala uključuju željezo, kobalt, nikl, legure ovih metala, neke rijetke legure zemlje i neke legure mangana.

Antiferromagnetism: Za razliku od feromagneta, svojstveni magnetski momenti valentnih elektrona u točki antiferromagneta u suprotnim smjerovima (anti-paralelni). Rezultat je neto magnetski trenutak ili magnetsko polje. Antiferromagnetizam je vidljiv u spojevima prijelaznih metala, kao što su hematit, željezo mangan i nikelov oksid.

Ferrimagnetism: Poput feromagneta, ferrimagneta zadržavaju magnetizaciju kada se uklanja iz magnetskog polja, ali susjedni parovi elektronskih spinova usmjeravaju se u suprotnim smjerovima. Rešetkasto rešenje materijala čini magnetski trenutak koji je usmjeren u jednom smjeru jači od onog koji je usmjeren u drugom smjeru. Ferrimagnetizam se javlja u magnetitu i drugim feritima. Poput feromagneta, i ferrimagneti privlače magnete.

Postoje i druge vrste magnetizma, uključujući superparamagnetizam, metamagnetizam i spino staklo.

Neki živi organizmi otkrivaju i koriste magnetska polja. Sposobnost osjeta magnetskog polja naziva se magnetocepcija. Primjeri bića sposobnih za magnetocepciju uključuju bakterije, mekušce, člankonožace i ptice. Ljudsko oko sadrži kriptohromski protein koji ljudima može omogućiti određeni stupanj magnetocepcije.

Mnoga bića koriste magnetizam, što je proces poznat kao biomagnetizam. Na primjer, kitoni su mekušci koji koriste magnetit za očvršćavanje zuba. Ljudi također proizvode magnetit u tkivu, što može utjecati na funkcije imunološkog i živčanog sustava.