Mikä on magnetismi? Määritelmä, esimerkit, tosiasiat

Muinaiset ihmiset käyttivät kiviä, luonnollisia magneetteja, jotka oli valmistettu rautammineraalimagneetista. Itse asiassa sana "magneetti" tulee kreikkalaisista sanoista magnetis litot, joka tarkoittaa "Magnesian kivi" tai lodestone. Thales of Miletus tutki magneettisuuden ominaisuuksia noin 625 eKr. Intialainen kirurgi Sushruta käytti magneetteja kirurgisiin tarkoituksiin suunnilleen samaan aikaan. Kiinalaiset kirjoittivat magnetismista neljännellä vuosisadalla eKr. Ja kuvasivat kehyksen käyttämistä neulan houkuttelemiseen ensimmäisellä vuosisadalla. Kuitenkin kompassi alettiin käyttää navigointiin vasta 1200-luvulla Kiinassa ja 1187 Euroopassa.

Vaikka magneetteja tiedettiin, niiden toiminnalle ei löytynyt selitystä vuoteen 1819, jolloin Hans Christian Ørsted löysi vahingossa magneettikentät elävien johtojen ympäriltä. Sähkön ja magneettisuuden välistä suhdetta kuvasi James Clerk Maxwell vuonna 1873 ja sisällytetty Einsteinin teoria erityisestä suhteellisuudesta vuonna 1905.

Joten mikä tämä näkymätön voima on? Magnetismi johtuu sähkömagneettisesta voimasta, joka on yksi neljä perusvoimaa luonnon. Mikä tahansa liikkuva sähkövaraus (sähkövirta) muodostaa siihen kohtisuoran magneettikentän.

Langan läpi kulkevan virran lisäksi magneettisuutta tuottavat spin-magneettiset momentit alkuainehiukkaset, kuten elektronit. Siten kaikki aine on jossain määrin magneettinen, koska atomin ytimellä kiertävät elektronit tuottavat magneettikentän. Sähkökentän läsnä ollessa atomit ja molekyylit muodostavat sähköisiä dipoleja, positiivisesti varautuneilla ytimet, jotka liikuttavat pienen kentän suuntaan, ja negatiivisesti varautuneet elektronit, jotka liikuttavat toista tapa.

Kaikilla materiaaleilla on magneettisuutta, mutta magneettinen käyttäytyminen riippuu atomien elektronikonfiguraatiosta ja lämpötilasta. Elektronien kokoonpano voi aiheuttaa magneettimomenttien poistavan toistensa (mikä tekee materiaalista vähemmän magneettisen) tai kohdistuneen (tekemällä siitä enemmän magneettisen). Lämpötilan nousu lisää satunnaista lämpöliikettä, mikä tekee elektronien kohdistamisesta vaikeammaksi ja tyypillisesti vähentää magneetin lujuutta.

Magnetismi voidaan luokitella sen syyn ja käyttäytymisen perusteella. Tärkeimmät magneettityypit ovat:

Diamagnetismi: Kaikkien materiaalien näyttö Diamagnetismi, joka on taipumus hylätä magneettikentällä. Muun tyyppinen magnetismi voi kuitenkin olla vahvempi kuin diamagnetismi, joten sitä havaitaan vain materiaaleissa, joissa ei ole parittomia elektroneja. Kun elektroniparia on läsnä, niiden "spin" -magneettiset momentit poistavat toisiaan. Magneettisessa kentässä diamagneettiset materiaalit magnetoidaan heikosti kohdistetun kentän vastakkaiseen suuntaan. Esimerkkejä diamagneettisista materiaaleista ovat kulta, kvartsi, vesi, kupari ja ilma.

paramagnetismi: Jonkin sisällä paramagneettinen materiaali, parittomia elektroneja on. Parittomat elektronit voivat vapaasti kohdistaa magneettisen momentinsa. Magneettisessa kentässä magneettiset momentit kohdistuvat ja magnetoidaan kohdistetun kentän suuntaan vahvistaen sitä. Esimerkkejä paramagneettisista materiaaleista ovat magnesium, molybdeeni, litium ja tantaali.

ferromagnetismi: Ferromagneettiset materiaalit voivat muodostaa pysyviä magneetteja, ja ne houkuttelevat magneetteja. Ferromagneetissa on parittomia elektroneja, plus elektronien magneettisilla momenteilla on taipumus pysyä kohdistettuina jopa silloin, kun ne poistetaan magneettikentästä. Esimerkkejä ferromagneettisista materiaaleista ovat rauta, koboltti, nikkeli, näiden metallien seokset, jotkut harvinaisten maametallien seokset ja jotkut mangaaniseokset.

antiferromagne- tismi: Vastoin ferromagneetteja, valenssielektronien sisäiset magneettiset momentit antiferromagneettipisteessä vastakkaisiin suuntiin (anti-rinnakkaiset). Tuloksena ei ole nettomagneettista hetkeä tai magneettikenttää. Antiferromagneettisuus nähdään siirtymämetalliyhdisteissä, kuten hematiitissa, rautamangaanissa ja nikkelioksidissa.

ferrimagnetismi: Kuten ferromagneetit, ferrimagneetit säilyttää magnetoituminen kun se poistetaan magneettikentästä, mutta vierekkäiset elektronin pyöräytysparit osoittavat vastakkaisiin suuntiin. Materiaalin hilajärjestely tekee magneettisen momentin osoittaen yhteen suuntaan vahvemman kuin toiseen suuntaan osoittavan. Ferrimagnetismia esiintyy magnetiitissa ja muissa ferriiteissä. Ferromagneettien tavoin ferromagneetit houkuttelevat magneetteja.

On myös muita tyyppejä magneettisuutta, mukaan lukien superparamagnetismi, metamagnetismi ja linkolasi.

Jotkut elävät organismit havaitsevat ja käyttävät magneettikenttiä. Kykyä havaita magneettikenttä kutsutaan magnetoceptioksi. Esimerkkejä magnetovoimaan kykenevistä olentoista ovat bakteerit, nilviäiset, niveljalkaiset ja linnut. Ihmisen silmä sisältää kryptokromaproteiinin, joka saattaa sallia ihmisillä jonkin verran magnetoksia.

Monet olennot käyttävät magneettisuutta, joka on prosessi, jota kutsutaan biomagnetismiksi. Esimerkiksi kitonit ovat nilviäisiä, jotka käyttävät magnetiittia hampaan kovettamiseen. Ihmiset tuottavat kudoksessa myös magnetiittia, mikä voi vaikuttaa immuunijärjestelmään ja hermostoon.