Was ist Magnetismus? Definition, Beispiele, Fakten

Die alten Leute verwendeten Lodestones, natürliche Magnete aus dem Eisenmineral Magnetit. In der Tat kommt das Wort "Magnet" von den griechischen Wörtern Magnetis Lithos, was "Magnesian Stein" oder Lodestone bedeutet. Thales von Milet untersuchte die Eigenschaften des Magnetismus um 625 v. Chr. Bis 545 v. Der indische Chirurg Sushruta verwendete ungefähr zur gleichen Zeit Magnete für chirurgische Zwecke. Die Chinesen schrieben über Magnetismus im vierten Jahrhundert v. Chr. Und beschrieben, wie sie im ersten Jahrhundert einen Lodestone verwendeten, um eine Nadel anzuziehen. Die Kompass wurde erst im 11. Jahrhundert in China und 1187 in Europa für die Navigation verwendet.

Obwohl Magnete bekannt waren, gab es bis 1819 keine Erklärung für ihre Funktion, als Hans Christian Ørsted versehentlich Magnetfelder um stromführende Drähte entdeckte. Die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus wurde von beschrieben James Clerk Maxwell im Jahr 1873 und aufgenommen in Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie im Jahr 1905.

Was ist diese unsichtbare Kraft? Magnetismus wird durch die elektromagnetische Kraft verursacht, die eine der vier fundamentale Kräfte von Natur. Jede sich bewegende elektrische Ladung (elektrischer Strom) erzeugt senkrecht dazu ein Magnetfeld.

Zusätzlich zu dem Strom, der durch einen Draht fließt, wird Magnetismus durch die magnetischen Spinmomente von erzeugt Elementarteilchenwie Elektronen. Somit ist alle Materie bis zu einem gewissen Grad magnetisch, da Elektronen, die einen Atomkern umkreisen, ein Magnetfeld erzeugen. In Gegenwart eines elektrischen Feldes bilden Atome und Moleküle elektrische Dipole mit positiver Ladung Kerne bewegen sich ein kleines Stück in Richtung des Feldes und negativ geladene Elektronen bewegen die anderen Weg.

Alle Materialien zeigen Magnetismus, aber das magnetische Verhalten hängt von der Elektronenkonfiguration der Atome und der Temperatur ab. Die Elektronenkonfiguration kann dazu führen, dass sich magnetische Momente gegenseitig aufheben (wodurch das Material weniger magnetisch wird) oder ausgerichtet werden (wodurch es magnetischer wird). Durch Erhöhen der Temperatur wird die zufällige Wärmebewegung erhöht, was die Ausrichtung der Elektronen erschwert und in der Regel die Stärke eines Magneten verringert.

Magnetismus kann nach seiner Ursache und seinem Verhalten klassifiziert werden. Die Hauptarten des Magnetismus sind:

Diamagnetismus: Alle Materialien werden angezeigt DiamagnetismusDies ist die Tendenz, von einem Magnetfeld abgestoßen zu werden. Andere Arten von Magnetismus können jedoch stärker sein als Diamagnetismus, so dass er nur bei Materialien beobachtet wird, die keine ungepaarten Elektronen enthalten. Wenn Elektronenpaare vorhanden sind, heben sich ihre "Spin" -Magnetmomente gegenseitig auf. In einem Magnetfeld sind diamagnetische Materialien in der entgegengesetzten Richtung des angelegten Feldes schwach magnetisiert. Beispiele für diamagnetische Materialien umfassen Gold, Quarz, Wasser, Kupfer und Luft.

Paramagnetismus: In einem paramagnetisches Materialgibt es ungepaarte Elektronen. Die ungepaarten Elektronen können ihre magnetischen Momente frei ausrichten. In einem Magnetfeld richten sich die magnetischen Momente aus und werden in Richtung des angelegten Feldes magnetisiert, wodurch es verstärkt wird. Beispiele für paramagnetische Materialien umfassen Magnesium, Molybdän, Lithium und Tantal.

Ferromagnetismus: Ferromagnetische Materialien können Permanentmagnete bilden und werden von Magneten angezogen. Ein Ferromagnet hat ungepaarte Elektronen, und die magnetischen Momente der Elektronen neigen dazu, ausgerichtet zu bleiben, selbst wenn sie aus einem Magnetfeld entfernt werden. Beispiele für ferromagnetische Materialien umfassen Eisen, Kobalt, Nickel, Legierungen dieser Metalle, einige Seltenerdlegierungen und einige Manganlegierungen.

Antiferromagnetismus: Im Gegensatz zu Ferromagneten zeigen die intrinsischen magnetischen Momente der Valenzelektronen in einem Antiferromagneten in entgegengesetzte Richtungen (antiparallel). Das Ergebnis ist kein magnetisches Nettomoment oder Magnetfeld. Antiferromagnetismus wird in Übergangsmetallverbindungen wie Hämatit, Eisenmangan und Nickeloxid beobachtet.

Ferrimagnetismus: Wie Ferromagnete, Ferrimagnete Magnetisierung beibehalten Wenn sie aus einem Magnetfeld entfernt werden, zeigen benachbarte Paare von Elektronenspins in entgegengesetzte Richtungen. Die Gitteranordnung des Materials macht das magnetische Moment, das in eine Richtung zeigt, stärker als dasjenige, das in die andere Richtung zeigt. Ferrimagnetismus tritt in Magnetit und anderen Ferriten auf. Ferrimagnete werden wie Ferromagnete von Magneten angezogen.

Es gibt auch andere Arten von Magnetismus, einschließlich Superparamagnetismus, Metamagnetismus und Spinglas.

Einige lebende Organismen erkennen und nutzen Magnetfelder. Die Fähigkeit, ein Magnetfeld zu erfassen, wird als Magnetozeption bezeichnet. Beispiele für Kreaturen, die zur Magnetozeption fähig sind, sind Bakterien, Mollusken, Arthropoden und Vögel. Das menschliche Auge enthält ein Cryptochrom-Protein, das bei Menschen eine gewisse Magnetozeption ermöglichen kann.

Viele Kreaturen verwenden Magnetismus, einen Prozess, der als Biomagnetismus bekannt ist. Zum Beispiel sind Chitons Mollusken, die Magnetit verwenden, um ihre Zähne zu härten. Menschen produzieren auch Magnetit im Gewebe, was die Funktionen des Immunsystems und des Nervensystems beeinträchtigen kann.