Что такое магнетизм? Определение, примеры, факты

Древние люди использовали магниты, природные магниты из железного минерального магнетита. На самом деле слово «магнит» происходит от греческого слова Магнетис Литос, что означает «магнезиальный камень» или магнит. Фалес из Милета исследовал свойства магнетизма примерно с 625 г. до н.э. до 545 г. до н.э. Примерно в то же время индийский хирург Сушрута использовал магниты в хирургических целях. Китайцы писали о магнетизме в четвертом веке до нашей эры и описывали использование магнита для привлечения иглы в первом веке. Однако компас не использовался для навигации до 11 века в Китае и 1187 года в Европе.

Хотя магниты были известны, объяснения их функции не было до 1819 года, когда Ганс Кристиан Эрстед случайно обнаружил магнитные поля вокруг проводов под напряжением. Связь между электричеством и магнетизмом была описана Джеймс Клерк Максвелл в 1873 году и включены в Теория специальной теории относительности Эйнштейна в 1905 году.

Итак, что же это за невидимая сила? Магнетизм вызвано электромагнитной силой, которая является одним из четыре фундаментальные силы природы. Любой движущийся электрический заряд (электрический ток) создает магнитное поле, перпендикулярное к нему.

В дополнение к току, проходящему через проволоку, магнетизм создается спиновыми магнитными моментами элементарные частицытакие как электроны. Таким образом, вся материя в некоторой степени магнитна, потому что электроны, вращающиеся вокруг атомного ядра, создают магнитное поле. В присутствии электрического поля атомы и молекулы образуют электрические диполи с положительно заряженным ядра движутся чуть-чуть в направлении поля, а отрицательно заряженные электроны движутся путь.

Все материалы обладают магнетизмом, но магнитное поведение зависит от электронной конфигурации атомов и температуры. Конфигурация электронов может привести к тому, что магнитные моменты взаимно компенсируются (делая материал менее магнитным) или выравниваются (делая его более магнитным). Повышение температуры увеличивает случайное тепловое движение, затрудняя выравнивание электронов и обычно уменьшая силу магнита.

Магнетизм может быть классифицирован согласно его причине и поведению. Основными видами магнетизма являются:

Диамагнетизм: Все материалы отображаются диамагнетизм, которая является тенденцией отталкиваться от магнитного поля. Тем не менее, другие виды магнетизма могут быть сильнее, чем диамагнетизм, поэтому он наблюдается только в материалах, которые не содержат неспаренных электронов. Когда присутствуют электронные пары, их «спиновые» магнитные моменты взаимно компенсируются. В магнитном поле диамагнитные материалы слабо намагничены в направлении, противоположном приложенному полю. Примеры диамагнитных материалов включают золото, кварц, воду, медь и воздух.

Парамагнетизм: В парамагнитный материалЕсть неспаренные электроны. Непарные электроны могут свободно выравнивать свои магнитные моменты. В магнитном поле магнитные моменты выравниваются и намагничиваются в направлении приложенного поля, усиливая его. Примеры парамагнитных материалов включают магний, молибден, литий и тантал.

Ферромагнетизм: Ферромагнитные материалы могут образовывать постоянные магниты и притягиваться к магнитам. Ферромагнетик имеет неспаренные электроны, плюс магнитные моменты электронов имеют тенденцию оставаться выровненными даже при удалении из магнитного поля. Примеры ферромагнитных материалов включают железо, кобальт, никель, сплавы этих металлов, некоторые редкоземельные сплавы и некоторые марганцевые сплавы.

АнтиферромагнетизмВ отличие от ферромагнетиков, собственные магнитные моменты валентных электронов в антиферромагнетике указывают в противоположных направлениях (антипараллельно). В результате нет чистого магнитного момента или магнитного поля. Антиферромагнетизм проявляется в соединениях переходных металлов, таких как гематит, железо-марганец и оксид никеля.

ферримагнетизм: Как ферромагнетики, ферримагнетики сохранять намагниченность при удалении от магнитного поля соседние пары электронных спинов указывают в противоположных направлениях. Благодаря решетке материала магнитный момент указывает в одном направлении сильнее, чем в другом направлении. Ферримагнетизм встречается в магнетите и других ферритах. Как и ферромагнетики, ферримагнетики притягиваются к магнитам.

Есть и другие виды магнетизма, в том числе суперпарамагнетизм, метамагнетизм и спиновое стекло.

Некоторые живые организмы обнаруживают и используют магнитные поля. Способность ощущать магнитное поле называется магнитоприемом. Примеры существ, способных к магнитовосприятию, включают бактерии, моллюсков, членистоногих и птиц. Человеческий глаз содержит криптохромный белок, который может обеспечивать некоторую степень магнитного восприятия у людей.

Многие существа используют магнетизм, процесс, известный как биомагнетизм. Например, хитоны - это моллюски, которые используют магнетит для укрепления зубов. Люди также производят магнетит в ткани, что может повлиять на функции иммунной и нервной системы.