Какво е магнетизъм? Определение, примери, факти

Древните хора използвали лозени камъни, естествени магнити, направени от железния минерал магнетит. Всъщност думата "магнит" идва от гръцките думи magnetis lithos, което означава "магнезиев камък" или лондон. Талес от Милет изследва свойствата на магнетизма около 625 г. пр.н.е. до 545 г. пр.н.е. Индийският хирург Сушрута използва магнити за хирургически цели приблизително по едно и също време. Китайците са писали за магнетизма през четвърти век пр. Н. Е. И са описвали използването на ломен камък, за да привлекат игла през първия век. както и да е компас не се използва за навигация до 11-ти век в Китай и 1187 г. в Европа.

Докато магнити са били известни, не е имало обяснение за тяхната функция до 1819 г., когато Ханс Кристиан Ерстед случайно е открил магнитни полета около живи проводници. Връзката между електричеството и магнетизма е описана от Джеймс Клерк Максуел през 1873 г. и включен в Теорията на Айнщайн за специална относителност през 1905г.

И така, каква е тази невидима сила? магнетизъм се причинява от електромагнитната сила, която е една от четири основни сили на природата. Всяко движещо се електрическо зареждане (електрически ток) генерира магнитно поле, перпендикулярно на него.

В допълнение към тока, пътуващ през жица, магнетизмът се произвежда от въртящите се магнитни моменти на елементарни частици, като например електрони. По този начин цялата материя е до известна степен магнитна, защото електроните, обикалящи около атомното ядро, произвеждат магнитно поле. В присъствието на електрическо поле атомите и молекулите образуват електрически диполи с положително заредени ядра, движещи се малко по посока на полето и отрицателно заредени електрони, движещи другия начин.

Всички материали проявяват магнетизъм, но магнитното поведение зависи от електронната конфигурация на атомите и температурата. Конфигурацията на електроните може да причини магнитните моменти да се отменят взаимно (правейки материала по-малко магнетичен) или да се подравнят (което го прави по-магнитно). Повишаването на температурата увеличава случайното топлинно движение, което затруднява изравняването на електроните и обикновено намалява силата на магнит.

Магнетизмът може да бъде класифициран според неговата причина и поведение. Основните видове магнетизъм са:

диамагнетизъм: Всички материали се показват диамагнетизъм, което е тенденцията да се отблъсква от магнитно поле. Въпреки това, други видове магнетизъм могат да бъдат по-силни от диамагнетизма, така че се наблюдава само в материали, които не съдържат несдвоени електрони. Когато присъстват двойки електрони, техните "въртящи се" магнитни моменти се отменят взаимно. В магнитно поле диамагнитните материали се намагнетизират слабо в обратна посока на приложеното поле. Примери за диамагнитни материали включват злато, кварц, вода, мед и въздух.

парамагнетизъм: В парамагнитен материал, има несдвоени електрони. Неспарените електрони са свободни да изравнят своите магнитни моменти. В магнитно поле магнитните моменти се изравняват и се намагнетизират в посока на приложеното поле, усилвайки го. Примери за парамагнитни материали включват магнезий, молибден, литий и тантал.

феромагнетизма: Феромагнитните материали могат да образуват постоянни магнити и са привлечени от магнити. Феромагнетикът има несдвоени електрони, плюс магнитните моменти на електроните са склонни да останат подравнени дори когато са отстранени от магнитно поле. Примерите за феромагнитни материали включват желязо, кобалт, никел, сплави на тези метали, някои рядкоземен сплав и някои манганови сплави.

Antiferromagnetism: За разлика от феромагнетите, присъщите магнитни моменти на валентни електрони в антиферромагнетична точка в противоположни посоки (антипаралелни). Резултатът е нетен магнитен момент или магнитно поле. Антиферомагнетизмът се наблюдава в съединенията на преходните метали, като хематит, железен манган и никелов оксид.

Ferrimagnetism: Като феромагнетици, феримагнетици запазват намагнитването когато са отстранени от магнитно поле, но съседните двойки електронни завъртания сочат в противоположни посоки. Решетното разположение на материала прави магнитния момент, насочен в една посока, по-силен от този, който сочи в другата посока. Феримагнетизмът се среща в магнетит и други ферити. Подобно на феромагнетиците, феримагнетиците са привлечени от магнитите.

Има и други видове магнетизъм, включително суперпарамагнетизъм, метамагнетизъм и въртящо се стъкло.

Някои живи организми откриват и използват магнитни полета. Способността за усещане на магнитно поле се нарича магнитоцепция. Примерите за същества, способни на магнитоцепция, включват бактерии, мекотели, членестоноги и птици. Човешкото око съдържа криптохром протеин, който може да позволи известна степен на магнитоцепция при хората.

Много същества използват магнетизъм, което е процес, известен като биомагнетизъм. Например хитоните са мекотели, които използват магнетит, за да втвърдят зъбите си. Хората също произвеждат магнетит в тъканите, което може да повлияе на функциите на имунната и нервната система.