Wat is magnetisme? Definitie, voorbeelden, feiten

Oude mensen gebruikten lodestones, natuurlijke magneten gemaakt van het ijzermineraal magnetiet. In feite komt het woord "magneet" van de Griekse woorden magnetis lithos, wat "Magnesiaanse steen" of lodestone betekent. Thales of Miletus onderzocht de eigenschappen van magnetisme rond 625 v.Chr. Tot 545 vGT. De Indiase chirurg Sushruta gebruikte rond dezelfde tijd magneten voor chirurgische doeleinden. De Chinezen schreven over magnetisme in de vierde eeuw vGT en beschreven in de eerste eeuw het gebruik van een steen om een ​​naald aan te trekken. echter, de kompas pas in de 11e eeuw in China en in 1187 in Europa voor navigatie gebruikt.

Hoewel magneten bekend waren, was er pas in 1819 een verklaring voor hun functie, toen Hans Christian Ørsted per ongeluk magnetische velden rond levende draden ontdekte. De relatie tussen elektriciteit en magnetisme werd beschreven door James Clerk Maxwell in 1873 en opgenomen in Einsteins theorie van speciale relativiteit in 1905.

Dus, wat is deze onzichtbare kracht? Magnetisme wordt veroorzaakt door de elektromagnetische kracht, die een van de vier fundamentele krachten van nature. Elke bewegende elektrische lading (elektrische stroom) genereert loodrecht daarop een magnetisch veld.

Naast de stroom die door een draad loopt, wordt magnetisme geproduceerd door de magnetische spin-momenten van elementaire deeltjes, zoals elektronen. Alle materie is dus tot op zekere hoogte magnetisch omdat elektronen die in een atoomkern cirkelen een magnetisch veld produceren. In aanwezigheid van een elektrisch veld vormen atomen en moleculen elektrische dipolen, met positief geladen kernen bewegen een klein beetje in de richting van het veld en negatief geladen elektronen bewegen de andere manier.

Alle materialen vertonen magnetisme, maar magnetisch gedrag hangt af van de elektronenconfiguratie van de atomen en de temperatuur. Door de elektronenconfiguratie kunnen magnetische momenten elkaar opheffen (waardoor het materiaal minder magnetisch wordt) of uitlijnen (waardoor het meer magnetisch wordt). Door de temperatuur te verhogen, neemt de willekeurige thermische beweging toe, waardoor elektronen moeilijker uit te lijnen zijn en de sterkte van een magneet doorgaans afneemt.

Magnetisme kan worden geclassificeerd op basis van oorzaak en gedrag. De belangrijkste soorten magnetisme zijn:

Diamagnetisme: Alle materialen worden weergegeven diamagnetisme, wat de neiging is om afgestoten te worden door een magnetisch veld. Andere soorten magnetisme kunnen echter sterker zijn dan diamagnetisme, dus het wordt alleen waargenomen in materialen die geen ongepaarde elektronen bevatten. Als er elektronenparen aanwezig zijn, heffen hun "spin" magnetische momenten elkaar op. In een magnetisch veld worden diamagnetische materialen zwak gemagnetiseerd in de tegengestelde richting van het aangelegde veld. Voorbeelden van diamagnetische materialen zijn goud, kwarts, water, koper en lucht.

Paramagnetisme: In een paramagnetisch materiaalzijn er ongepaarde elektronen. De ongepaarde elektronen zijn vrij om hun magnetische momenten uit te lijnen. In een magnetisch veld worden de magnetische momenten uitgelijnd en gemagnetiseerd in de richting van het aangelegde veld, waardoor het wordt versterkt. Voorbeelden van paramagnetische materialen zijn magnesium, molybdeen, lithium en tantaal.

Ferromagnetisme: Ferromagnetische materialen kunnen permanente magneten vormen en worden aangetrokken door magneten. Een ferromagneet heeft ongepaarde elektronen, en de magnetische momenten van de elektronen blijven meestal uitgelijnd, zelfs wanneer ze uit een magnetisch veld worden verwijderd. Voorbeelden van ferromagnetische materialen zijn onder meer ijzer, kobalt, nikkel, legeringen van deze metalen, enkele zeldzame-aardelegeringen en sommige mangaanlegeringen.

Antiferromagnetisme: In tegenstelling tot ferromagneten wijzen de intrinsieke magnetische momenten van valentie-elektronen in een antiferromagneet in tegengestelde richting (antiparallel). Het resultaat is geen netto magnetisch moment of magnetisch veld. Antiferromagnetisme wordt gezien in overgangsmetaalverbindingen, zoals hematiet, ijzermangaan en nikkeloxide.

Ferrimagnetisme: Zoals ferromagneten, ferrimagneten magnetisatie behouden wanneer verwijderd uit een magnetisch veld, maar naburige paren elektronspins wijzen in tegengestelde richtingen. Door de roosteropstelling van het materiaal is het magnetische moment in de ene richting sterker dan in de andere richting. Ferrimagnetisme komt voor in magnetiet en andere ferrieten. Net als ferromagneten worden ferrimagneten aangetrokken door magneten.

Er zijn ook andere soorten magnetisme, waaronder superparamagnetisme, metamagnetisme en spinglas.

Sommige levende organismen detecteren en gebruiken magnetische velden. Het vermogen om een ​​magnetisch veld te detecteren, wordt magnetoceptie genoemd. Voorbeelden van wezens die in staat zijn tot magnetoceptie zijn bacteriën, weekdieren, geleedpotigen en vogels. Het menselijk oog bevat een cryptochroom-eiwit dat bij mensen een zekere mate van magnetoceptie mogelijk maakt.

Veel wezens gebruiken magnetisme, een proces dat bekend staat als biomagnetisme. Chitons zijn bijvoorbeeld weekdieren die magnetiet gebruiken om hun tanden te verharden. Mensen produceren ook magnetiet in weefsel, wat de functies van het immuunsysteem en het zenuwstelsel kan beïnvloeden.