מהי מגנטיות? הגדרה, דוגמאות, עובדות

אנשים קדומים השתמשו באבני לודגנטים, מגנטים טבעיים העשויים ממגנטיט מינרלי הברזל. למעשה, המילה "מגנט" באה מהמילים היווניות מגנטיס ליטוסשמשמעותה "אבן מגנזית" או אבן שקע. תאלי מילטוס חקר את תכונות המגנטיות בסביבות 625 לפנה"ס עד 545 לפנה"ס. המנתח ההודי סושרוטה השתמש במגנטים לצרכים כירורגיים בערך באותה תקופה. הסינים כתבו על מגנטיות במאה הרביעית לפני הספירה ותיארו שימוש באבן אבן כדי למשוך מחט במאה הראשונה. אולם, ה מצפן לא נכנס לשימוש בניווט עד המאה ה -11 בסין ו -1187 באירופה.

אמנם ידוע על מגנטים, אך לא היה הסבר לתפקודם עד שנת 1819, כאשר הנס כריסטיאן ארסטד גילה בטעות שדות מגנטיים סביב חוטים חיים. הקשר בין חשמל למגנטיות תואר על ידי ג'יימס קלקר מקסוול בשנת 1873 ושולב ב- תורת היחסות המיוחדת של אינשטיין בשנת 1905.

אז מהו הכוח הבלתי נראה הזה? מגנטיות נגרם על ידי הכוח האלקטרומגנטי, שהוא אחד מהכוח ארבעה כוחות יסוד של הטבע. כל מטען חשמלי נע (זרם חשמלי) מייצר שדה מגנטי בניצב אליו.

בנוסף לזרם העובר דרך תיל, מגנטיות נוצרת על ידי הרגעים המגנטיים הספינים של

כל החומרים מראים מגנטיות אך התנהגות מגנטית תלויה בתצורת האלקטרונים של האטומים ובטמפרטורה. תצורת האלקטרונים יכולה לגרום לביטול רגעים מגנטיים זה מזה (מה שהופך את החומר למגנטי פחות) או להתיישר (מה שהופך אותו למגנטי יותר). העלאת הטמפרטורה מגבירה את התנועה התרמית האקראית, ומקשה על אלקטרונים להתיישר, ובדרך כלל מורידה את חוזק המגנט.

ניתן לסווג מגנטיות לפי הסיבה והתנהגותה. הסוגים העיקריים של מגנטיות הם:

דיאמגנטיותתצוגת כל החומרים diamagnetism, וזו הנטייה להדיפה על ידי שדה מגנטי. עם זאת, סוגים אחרים של מגנטיות יכולים להיות חזקים יותר ממצב יהלומי הדם, כך שהוא נצפה רק בחומרים שאינם מכילים אלקטרונים לא מותאמים. כאשר זוגות אלקטרונים נמצאים, הרגעים המגנטיים ה"סיבובים "שלהם מבטלים זה את זה. בשדה מגנטי מגנטרים חומרים חלשיים בכיוון ההפוך של השדה המיושם. דוגמאות לחומרים יהלומניים כוללות זהב, קוורץ, מים, נחושת ואוויר.

פרמגנטיות: ב חומר פרמגנטי, ישנם אלקטרונים לא מותאמים. האלקטרונים הלא מותאמים חופשיים ליישר קו עם הרגעים המגנטיים שלהם. בשדה מגנטי הרגעים המגנטיים מתיישרים וממגנטים לכיוון השדה המיושם, ומחזקים אותו. דוגמאות לחומרים פרמגנטיים כוללים מגנזיום, מוליבדן, ליתיום וטנטלום.

פרומגנטיות: חומרים פרומגנטיים יכולים ליצור מגנטים קבועים ונמשכים למגנטים. לפרומגנט יש אלקטרונים לא מותאמים, בנוסף לרגעים המגנטיים של האלקטרונים נוטים להישאר מיושרים אפילו כשהם מוצאים משדה מגנטי. דוגמאות לחומרים פרומגנטיים כוללים ברזל, קובלט, ניקל, סגסוגות של מתכות אלה, כמה סגסוגות אדמה נדירות, וכמה סגסוגות מנגן.

אנטי-פרומגנטיות: בניגוד לפרומגנטים, הרגעים המגנטיים המהותיים של אלקטרונים ערכיים בנקודה אנטי-פרומגנטית בכיוונים מנוגדים (אנטי-מקבילים). התוצאה אינה רגע מגנטי נטו או שדה מגנטי. אנטי-פרומגנטיות נראית בתרכובות מתכתיות מעבר, כמו המטיט, מנגן ברזל ותחמוצת ניקל.

Ferrimagnetism: כמו ferromagnets, ferrimagnets שמור על מגנטציה כאשר מוציאים אותו משדה מגנטי אך זוגות סמוכים של ספינים אלקטרונים מצביעים בכיוונים מנוגדים. סידור הסריג של החומר הופך את הרגע המגנטי שמצביע לכיוון אחד חזק יותר מזה שמצביע לכיוון השני. Ferrimagnetism מתרחשת במגנטיט ובפרסים אחרים. כמו ferromagnets, ferrimagnets נמשכים למגנטים.

ישנם גם סוגים אחרים של מגנטיות, כולל superparamagnetism, metamagnetism, ו- זכוכית ספין.

יש אורגניזמים חיים המזהים ומשתמשים בשדות מגנטיים. היכולת לחוש שדה מגנטי נקראת Magnetoception. דוגמאות ליצורים המסוגלים לתפוס מגנט כוללות חיידקים, רכיכות, פרוקי רגליים וציפורים. העין האנושית מכילה חלבון קריפטוכרום שעשוי לאפשר מידה מסוימת של תפיסת מגנוט אצל אנשים.

יצורים רבים משתמשים במגנטיות, זהו תהליך המכונה ביומגנטיות. לדוגמה, צ'יטונים הם רכיכות המשתמשים במגנטיט בכדי להקשיח את שיניהם. בני אדם מייצרים גם מגנטיט ברקמות, שעשויות להשפיע על תפקודי מערכת החיסון והעצבים.