Ce este magnetismul? Definiție, exemple, fapte

Oamenii antici foloseau depuneri, magneți naturali din magnetita minerală de fier. De fapt, cuvântul „magnet” provine din cuvintele grecești magnetis lithos, care înseamnă „piatră magneziană” sau piatră de luptă. Thales of Miletus a investigat proprietățile magnetismului în jurul valorii de 625 î.Hr. până la 545 î.e.n. Chirurgul indian Sushruța a folosit magneți în scopuri chirurgicale în același timp. Chinezii au scris despre magnetismul din secolul al IV-lea î.e.n. și au descris folosirea unei pietre de depunere pentru a atrage un ac în primul secol. Însă busolă nu a intrat în uz pentru navigare până în secolul al 11-lea în China și 1187 în Europa.

În timp ce magneții erau cunoscuți, nu a existat o explicație pentru funcția lor până în 1819, când Hans Christian Ørsted a descoperit din greșeală câmpuri magnetice din jurul firelor vii. Relația dintre electricitate și magnetism a fost descrisă de James Clerk Maxwell în 1873 și încorporat în Teoria relativității speciale a lui Einstein în 1905.

Deci, care este această forță invizibilă? Magnetism este cauzată de forța electromagnetică, care este una dintre patru forțe fundamentale a naturii. Orice încărcare electrică în mișcare (curent electric) generează un câmp magnetic perpendicular pe acesta.

În plus față de curentul care circulă printr-un fir, magnetismul este produs de momentele magnetice de rotire particule elementare, cum ar fi electronii. Astfel, toată materia este magnetică într-un anumit grad, deoarece electronii care orbitează un nucleu atomic produc un câmp magnetic. În prezența unui câmp electric, atomii și moleculele formează dipoli electrici, cu încărcare pozitivă nuclee care se mișcă un bit minuscul în direcția câmpului și electroni încărcați negativ mișcându-se pe celălalt cale.

Toate materialele prezintă magnetism, dar comportamentul magnetic depinde de configurația electronilor a atomilor și de temperatură. Configurația electronilor poate determina momentele magnetice să se anuleze reciproc (ceea ce face ca materialul să fie mai puțin magnetic) sau să se alinieze (făcându-l mai magnetic). Creșterea temperaturii crește mișcarea termică aleatorie, îngreunând alinierea electronilor și scade, de obicei, rezistența unui magnet.

Magnetismul poate fi clasificat în funcție de cauza și comportamentul său. Principalele tipuri de magnetism sunt:

Diamagnetism: Toate materialele sunt afișate diamagnetism, care este tendința de a fi respins de un câmp magnetic. Cu toate acestea, alte tipuri de magnetism pot fi mai puternice decât diamagnetismul, astfel încât se observă numai în materialele care nu conțin electroni neperecheți. Când perechile de electroni sunt prezente, momentele lor magnetice „rotative” se anulează reciproc. Într-un câmp magnetic, materialele diamagnetice sunt slab magnetizate în direcția opusă câmpului aplicat. Exemple de materiale diamagnetice includ aur, cuarț, apă, cupru și aer.

paramagnetism: În a material paramagnetic, există electroni nepereche. Electronii neperecheți sunt liberi să-și alinieze momentele magnetice. Într-un câmp magnetic, momentele magnetice se aliniază și sunt magnetizate în direcția câmpului aplicat, consolidându-l. Exemple de materiale paramagnetice includ magneziu, molibden, litiu și tantal.

Feromagnetism: Materialele ferromagnetice pot forma magneți permanenți și sunt atrași de magneți. Un ferromagnet are electroni neperecheți, plus momentele magnetice ale electronilor tind să rămână aliniați chiar și atunci când sunt scoși de pe un câmp magnetic. Exemple de materiale ferromagnetice includ fier, cobalt, nichel, aliaje ale acestor metale, unele aliaje de pământuri rare și unele aliaje de mangan.

antiferomagnetismul: Spre deosebire de ferromagneti, momentele magnetice intrinseci ale electronilor de valență într-un punct antiferromagnet în direcții opuse (anti-paralel). Rezultatul este un moment magnetic net sau câmp magnetic. Antiferromagnetismul este observat în compușii metalelor de tranziție, cum ar fi hematitul, manganul de fier și oxidul de nichel.

Ferimagnetismul: Ca ferromagnetii, ferrimagnetele păstrați magnetizarea atunci când sunt scoase dintr-un câmp magnetic, dar perechile vecine de rotiri de electroni indică direcții opuse. Dispunerea de zăbrele a materialului face ca momentul magnetic să fie îndreptat într-o direcție mai puternic decât cel care indică în cealaltă direcție. Ferrimagnetismul apare în magnetită și în alte ferite. La fel ca ferromagnetii, ferrimagnetii sunt atrași de magneți.

Există și alte tipuri de magnetism, inclusiv superparamagnetismul, metamagnetismul și sticla.

Unele organisme vii detectează și folosesc câmpuri magnetice. Capacitatea de a sesiza un câmp magnetic se numește magnetocepție. Exemple de creaturi capabile de magnetocepție includ bacterii, moluște, artropode și păsări. Ochiul uman conține o proteină criptocromă care poate permite un anumit grad de magnetocepție la oameni.

Multe creaturi folosesc magnetismul, care este un proces cunoscut sub numele de biomagnetism. De exemplu, chitoanele sunt moluște care folosesc magnetita pentru a-și întări dinții. Oamenii produc, de asemenea, magnetită în țesut, care poate afecta funcțiile sistemului imunitar și nervos.