Mi a mágnesesség? Meghatározás, példák, tények

Az ókori emberek gyöngyköveket, természetes mágneseket használtak a vas ásványi magnetitból. Valójában a "mágnes" szó a görög szavakból származik magnetis lithos, ami azt jelenti, hogy "magnéziai kő" vagy lodestone. Thales of Miletus megvizsgálta a mágnesesség tulajdonságait Kr. E. 625-től 545-ig. Az indiai Sushruta sebész ugyanabban az időben mágneseket használt műtéti célokra. A kínaiak írták a mágnesességről a Kr. E. Negyedik században, és egy lejtőköveket írtak le egy tű vonzásához az első században. Azonban a iránytű csak a 11. században Kínában és 1187-ben Európában használták a navigációhoz.

Míg a mágnesek ismertek voltak, funkciójuknak nem volt magyarázata 1819-ig, amikor Hans Christian Ørsted véletlenül felfedezte a mágneses tereket az élő vezetékek körül. Az elektromosság és a mágnesesség kapcsolatát a James Clerk Maxwell 1873-ban és beépítették Einstein speciális relativitáselmélete 1905-ben.

Szóval, mi ez a láthatatlan erő?

A huzalon áthaladó áram mellett a mágnesességet a elemi részecskék, például elektronok. Így minden anyag bizonyos mértékig mágneses, mert az atommag körül keringő elektronok mágneses teret eredményeznek. Elektromos mező jelenlétében az atomok és molekulák elektromos dipólokat képeznek, pozitív töltésűek atommagok, amelyek egy apró darabot mozgatnak a mező irányába, és negatív töltésű elektronok mozgatják a másikot út.

Minden anyag mágnesességgel rendelkezik, de a mágneses viselkedés az atomok elektronkonfigurációjától és a hőmérséklettől függ. Az elektronkonfiguráció mágneses pillanatok révén kiküszöbölheti egymást (az anyag kevésbé mágneses lehet) vagy igazodhat (mágnesesebbé teszi). A hőmérséklet növekedése növeli a véletlenszerű hőmozgást, megnehezítve az elektronok igazítását, és általában csökkenti a mágnes erősségét.

A mágnesesség oka és viselkedése alapján osztályozható. A mágnesesség fő típusai a következők:

diamágnesség: Az összes anyag megjelenik diamágnesség, amely hajlamos arra, hogy egy mágneses mező taszítson. Más típusú mágnesesség azonban erősebb is lehet, mint a diamagnetizmus, tehát csak olyan anyagokban figyelhető meg, amelyek nem tartalmaznak pár nélkül álló elektronokat. Amikor elektronpárok vannak jelen, azok "spin" mágneses nyomatékai kiiktatják egymást. A mágneses mezőben a diamagnetikus anyagokat az alkalmazott mező ellenkező irányában gyengén mágnesezik. A diamagnetikus anyagok példái az arany, kvarc, víz, réz és levegő.

paramágnesesség: A paramágneses anyag, páratlan elektronok vannak. A pár nélkül álló elektronok szabadon igazíthatják mágneses momentumaikat. Mágneses mezőben a mágneses momentumok igazodnak és erősítik őket az alkalmazott mező irányában, és mágneseztetik őket. A paramágneses anyagok példái közé tartozik a magnézium, a molibdén, a lítium és a tantál.

ferromágnesség: A ferromágneses anyagok állandó mágneseket képezhetnek, és vonzzák őket. Egy ferromágnesen páratlan elektronok vannak, plusz az elektronok mágneses momentumai hajlamosak maradni, még akkor is, ha egy mágneses teret eltávolítják. A ferromágneses anyagok példái közé tartozik a vas, kobalt, nikkel, ezeknek a fémeknek az ötvözete, néhány ritkaföldfém ötvözet és néhány mangánötvözet.

Antiferromagnetism: A ferromágnesekkel ellentétben, a valencia elektronok belső mágneses momentumai egy antiferromágneses pontban ellentétes irányban vannak (anti-párhuzamosak). Ennek eredményeként nincs nettó mágneses momentum vagy mágneses mező. Az antiferromagnetizmus az átmeneti fémvegyületekben, például hematitban, vasmangánban és nikkel-oxidban figyelhető meg.

Ferrimagnetism: Mint a ferromágnesek, a ferromágnesek megtartja a mágnesezést amikor eltávolítják a mágneses mezőtől, de a szomszédos elektronpárok párja ellentétes irányba mutat. Az anyag rácsos elrendezése az egyik irányba mutató mágneses nyomatékot erősebbé teszi, mint a másik irányba mutató mágneses nyomatékot. A ferromágnesesség a magnetitban és más ferritekben fordul elő. A ferromágnesekhez hasonlóan a ferromágneseket vonzzák a mágnesek.

Vannak másfajta mágnesesség is, beleértve a szuperparamagnetizmust, a metamagnetizmust és a centrifugálást.

Néhány élő szervezet felismeri és használja a mágneses tereket. A mágneses mező érzékelésének képességét magnetocepciónak nevezzük. A mágneses észlelésre képes lények példái a baktériumok, puhatestűek, ízeltlábúak és madarak. Az emberi szem kriptokrómfehérjét tartalmaz, amely bizonyos fokú mágneses észlelést tesz lehetővé az emberekben.

Sok lény használja a mágneseséget, ezt biomágnesességnek nevezik. Például a chitonok olyan puhatestűek, amelyek magnetitt használnak a fogaik keményedésére. Az emberek magnetittot termelnek a szövetekben, amelyek befolyásolhatják az immunrendszert és az idegrendszer működését.