Vad är magnetism? Definition, exempel, fakta

Forntida människor använde lodstenar, naturliga magneter gjorda av järnmineralmagneten. I själva verket kommer ordet "magnet" från de grekiska orden magnetis litos, vilket betyder "magnesisk sten" eller lodsten. Thales of Miletus undersökte egenskaperna hos magnetism omkring 625 f.Kr. till 545 fvt. Den indiska kirurgen Sushruta använde magneter för kirurgiska ändamål ungefär samma tid. Kineserna skrev om magnetism under det fjärde århundradet f.Kr. och beskrev att använda en lodsten för att locka en nål under det första århundradet. Men kompass kom inte i bruk för navigering förrän på 11-talet i Kina och 1187 i Europa.

Medan magneter var kända fanns det ingen förklaring till deras funktion förrän 1819, då Hans Christian Ørsted av misstag upptäckte magnetfält runt levande ledningar. Förhållandet mellan elektricitet och magnetism beskrevs av James Clerk Maxwell 1873 och införlivades i Einsteins teori om speciell relativitet 1905.

Så vad är denna osynliga kraft? Magnetism orsakas av den elektromagnetiska kraften, som är en av fyra grundläggande krafter av naturen. Alla rörliga elektriska laddningar (elektrisk ström) genererar ett magnetfält vinkelrätt mot det.

Utöver strömmen som reser genom en tråd, produceras magnetism av de magnetiska spinnmomentema av elementära partiklar, till exempel elektroner. All materia är således till viss del magnetisk eftersom elektroner som kretsar kring en atomkärna producerar ett magnetfält. I närvaro av ett elektriskt fält bildar atomer och molekyler elektriska dipoler med positivt laddade kärnor som rör sig en liten bit i fältets riktning och negativladdade elektroner som rör sig den andra sätt.

Alla material uppvisar magnetism men magnetiskt beteende beror på atomernas elektronkonfiguration och temperaturen. Elektronkonfigurationen kan orsaka att magnetiska ögonblick avbryter varandra (gör materialet mindre magnetiskt) eller justerar (gör det mer magnetiskt). Att öka temperaturen ökar slumpmässig termisk rörelse, vilket gör det svårare för elektroner att anpassa sig och vanligtvis minskar styrkan hos en magnet.

Magnetism kan klassificeras enligt dess orsak och beteende. De viktigaste typerna av magnetism är:

diamagnetism: Alla material visas diamagnetism, vilket är en tendens att avvisas av ett magnetfält. Andra typer av magnetism kan emellertid vara starkare än diamagnetism, så det observeras endast i material som inte innehåller några ihopkopplade elektroner. När elektronpar är närvarande avbryter deras "snurr" magnetiska ögonblick varandra ut. I ett magnetfält magnetiseras diamagnetiska material svagt i motsatt riktning av det applicerade fältet. Exempel på diamagnetiska material inkluderar guld, kvarts, vatten, koppar och luft.

paramagnetism: I en paramagnetiskt material, det finns oparade elektroner. De oparade elektronerna är fria att anpassa sina magnetiska ögonblick. I ett magnetfält anpassas magnetmomenterna och magnetiseras i riktningen för det applicerade fältet, vilket förstärker det. Exempel på paramagnetiska material inkluderar magnesium, molybden, litium och tantal.

ferromagnetism: Ferromagnetiska material kan bilda permanentmagneter och lockas till magneter. En ferromagnet har oparade elektroner, plus de magnetiska momenten hos elektronerna tenderar att förbli inriktade även när de tas bort från ett magnetfält. Exempel på ferromagnetiska material inkluderar järn, kobolt, nickel, legeringar av dessa metaller, några sällsynta jordartsmetaller och vissa manganlegeringar.

antiferromagnetism: Till skillnad från ferromagneter, de intrinsiska magnetiska momenten av valenselektroner i en antiferromagnet pekar i motsatta riktningar (anti-parallell). Resultatet är inget magnetiskt magnetiskt moment eller magnetfält. Antiferromagnetism ses i övergångsmetallföreningar, såsom hematit, järnmangan och nickeloxid.

Ferrimagnetism: Som ferromagneter, ferrimagneter behålla magnetisering när de tas bort från ett magnetfält men närliggande par av elektronspins pekar i motsatta riktningar. Gitterarrangemanget för materialet gör det magnetiska ögonblicket som pekar i en riktning starkare än det som pekar i den andra riktningen. Ferrimagnetism förekommer i magnetit och andra ferriter. Som ferromagneter lockas ferrimagneter till magneter.

Det finns andra typer av magnetism, inklusive superparamagnetism, metamagnetism och spinnglas.

Vissa levande organismer upptäcker och använder magnetfält. Förmågan att avkänna ett magnetfält kallas magnetoception. Exempel på varelser som kan magneteras inkluderar bakterier, blötdjur, leddjur och fåglar. Det mänskliga ögat innehåller ett kryptokromt protein som kan tillåta en viss grad av magnetoception hos människor.

Många varelser använder magnetism, som är en process som kallas biomagnetism. Till exempel är kitoner blötdjur som använder magnetit för att härda tänderna. Människor producerar också magnetit i vävnad, vilket kan påverka immun- och nervsystemets funktioner.