Kas ir magnētisms? Definīcija, piemēri, fakti

Senie cilvēki izmantoja lodestones, dabiskos magnētus, kas izgatavoti no dzelzs minerālu magnetīta. Faktiski vārds "magnēts" nāk no grieķu vārdiem magnetis litos, kas nozīmē "Magnesian akmens" vai lodestone. Thales of Miletus izpētīja magnētisma īpašības ap 625 BC līdz 545 BC. Indijas ķirurgs Sushruta apmēram tajā pašā laikā ķirurģiskos nolūkos izmantoja magnētus. Ķīnieši rakstīja par magnētismu ceturtajā gadsimtā pirms mūsu ēras un aprakstīja, ka pirmajā gadsimtā adatas piesaistei tika izmantots lodestons. Tomēr kompass navigācija nav izmantota līdz 11. gadsimtam Ķīnā un 1187 Eiropā.

Kamēr bija zināmi magnēti, līdz 1819. gadam, kad Hanss Kristians Ørsteds nejauši atklāja magnētiskos laukus ap dzīvajiem vadiem, nebija izskaidrots to funkcijas. Attiecības starp elektrību un magnētismu aprakstīja Džeimss Klerks Maksvels 1873. gadā un iekļauts Einšteina īpašās relativitātes teorija 1905. gadā.

Kas ir šis neredzamais spēks?

Papildus strāvai, kas iet caur vadu, magnētismu rada arī centrifūgas magnētiskie momenti elementārdaļiņas, piemēram, elektroni. Tādējādi visa matērija zināmā mērā ir magnētiska, jo elektroni, kas riņķo ap atoma kodolu, rada magnētisko lauku. Elektriskā lauka klātbūtnē atomi un molekulas veido elektriskus dipolus ar pozitīvi lādētu kodoli, kas pārvietojas niecīgi lauka virzienā, un negatīvi lādētie elektroni, kas pārvietojas otrs veids.

Visiem materiāliem piemīt magnētisms, bet magnētiskā izturēšanās ir atkarīga no atomu elektronu konfigurācijas un temperatūras. Elektronu konfigurācija var izraisīt magnētiskos momentus, kas cits citu atceļ (padarot materiālu mazāk magnētisku) vai izlīdzina (padarot to magnētiskāku). Temperatūras paaugstināšanās palielina nejaušu termisko kustību, apgrūtinot elektronu izlīdzināšanu un parasti samazinot magnēta stiprību.

Magnētismu var klasificēt pēc tā cēloņa un izturēšanās. Galvenie magnētisma veidi ir:

Diamagnētisms: Visu materiālu displejs diamagnētisms, kas ir tendence atgrūst ar magnētisko lauku. Tomēr citi magnētisma veidi var būt stiprāki par diamagnētismu, tāpēc to novēro tikai tādos materiālos, kuros nav nesapārotu elektronu. Kad ir klāt elektronu pāri, to magnētiskie momenti, kas griežas, viens otru izslēdz. Magnētiskajā laukā diamagnētiskie materiāli ir vāji magnetizēti pretējā virzienā pret piemēroto lauku. Diamagnētisko materiālu piemēri ir zelts, kvarcs, ūdens, varš un gaiss.

Paramagnētisms: Iekšā paramagnētiskais materiāls, ir nesapāroti elektroni. Pārī nesavienotie elektroni var brīvi izlīdzināt savus magnētiskos momentus. Magnētiskajā laukā magnētiskie momenti izlīdzinās un tiek magnetizēti piemērota lauka virzienā, to pastiprinot. Paramagnētisko materiālu piemēri ir magnijs, molibdēns, litijs un tantala.

Feromagnētisms: Feromagnētiski materiāli var veidot pastāvīgus magnētus, un tos piesaista. Feromagnētam ir nesapāroti elektroni, kā arī elektronu magnētiskie momenti mēdz palikt izlīdzināti pat tad, ja tos noņem no magnētiskā lauka. Feromagnētisko materiālu piemēri ir dzelzs, kobalts, niķelis, šo metālu sakausējumi, daži retzemju sakausējumi un daži mangāna sakausējumi.

Antiferromagnētisms: Pretstatā feromomagnētiem, valences elektronu raksturīgie magnētiskie momenti antiferromagnēta punktā pretējos virzienos (antiparalēli). Rezultātā nav neto magnētiskā momenta vai magnētiskā lauka. Antiferromagnētisms ir redzams pārejas metāla savienojumos, piemēram, hematītā, dzelzs mangānā un niķeļa oksīdā.

Ferimagnetisms: Tāpat kā feromagnēti, ferrimagneti saglabā magnetizāciju noņemot no magnētiskā lauka, bet blakus esošie elektronu griešanās pāri norāda pretējos virzienos. Materiāla režģa izvietojums padara magnētisko momentu, kas norāda vienā virzienā spēcīgāku, nekā tas, kas norāda otrā virzienā. Ferimatimatizācija notiek magneitā un citos ferītos. Tāpat kā feromagnēti, arī magnēti piesaista feromagnēti.

Pastāv arī citi magnētisma veidi, ieskaitot superparamagnetismu, metamagnetismu un centrifugēšanas stiklu.

Daži dzīvi organismi atklāj un izmanto magnētiskos laukus. Spēja uztvert magnētisko lauku tiek saukta par magnetocepciju. Tādu radību piemēri, kuras var magnetoceptēt, ir baktērijas, gliemji, posmkāji un putni. Cilvēka acs satur kriptohroma proteīnu, kas cilvēkiem var ļaut zināmā mērā magnetoceptēt.

Daudzas radības izmanto magnētismu, kas ir process, kas pazīstams kā biomagnētisms. Piemēram, chitoni ir gliemji, kas zobu sacietēšanai izmanto magnetu. Cilvēki audos ražo arī magnītu, kas var ietekmēt imūnsistēmas un nervu sistēmas funkcijas.