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Was ist Magnetismus? Definition, Beispiele, Fakten

Was ist Magnetismus? Definition, Beispiele, Fakten

Magnetismus ist definiert als ein attraktives und abstoßendes Phänomen, das durch eine sich bewegende elektrische Ladung erzeugt wird. Der betroffene Bereich um eine sich bewegende Ladung besteht sowohl aus einem elektrischen Feld als auch einem Magnetfeld. Das bekannteste Beispiel für Magnetismus ist ein Stabmagnet, der von einem Magnetfeld angezogen wird und andere Magnete anziehen oder abstoßen kann .

 

Geschichte

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Die alten Leute verwendeten Lodestones, natürliche Magnete aus dem Eisenmineral Magnetit. Tatsächlich kommt das Wort „Magnet“ von den griechischen Wörtern magnetis lithos , was „Magnesianischer 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. Der Kompass wurde jedoch 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 1873 von James Clerk Maxwell beschrieben und 1905 in Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie aufgenommen.

 

Ursachen des Magnetismus

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

Zusätzlich zum Strom, der durch einen Draht fließt, wird Magnetismus durch die spinmagnetischen Momente von Elementarteilchen wie Elektronen erzeugt. 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, wobei sich positiv geladene Kerne ein kleines Stück in Richtung des Feldes bewegen und sich negativ geladene Elektronen in die andere Richtung bewegen.

 

Magnetische Materialien

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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). Eine Erhöhung der Temperatur erhöht die zufällige thermische Bewegung, was die Ausrichtung der Elektronen erschwert und typischerweise die Stärke eines Magneten verringert.

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

Diamagnetismus : Alle Materialien weisen einen Diamagnetismus auf. bei dem es sich um die Tendenz handelt, 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 paramagnetischen Material gibt 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 behalten Ferrimagnete die Magnetisierung bei, wenn sie aus einem Magnetfeld entfernt werden, aber benachbarte Paare von Elektronenspins zeigen 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.

 

Eigenschaften von Magneten

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Magnete bilden sich, wenn ferromagnetische oder ferrimagnetische Materialien einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt werden. Magnete weisen bestimmte Eigenschaften auf:

  • Ein Magnet umgibt einen Magneten.
  • Magnete ziehen ferromagnetische und ferrimagnetische Materialien an und können sie in Magnete verwandeln.
  • Ein Magnet hat zwei Pole, die sich wie Pole abstoßen und entgegengesetzte Pole anziehen. Der Nordpol wird von Nordpolen anderer Magnete abgestoßen und von Südpolen angezogen. Der Südpol wird vom Südpol eines anderen Magneten abgestoßen, aber von seinem Nordpol angezogen.
  • Magnete existieren immer als Dipole. Mit anderen Worten, Sie können einen Magneten nicht halbieren, um Nord und Süd zu trennen. Durch Schneiden eines Magneten entstehen zwei kleinere Magnete mit jeweils Nord- und Südpol.
  • Der Nordpol eines Magneten wird vom Nordmagnetpol der Erde angezogen, während der Südpol eines Magneten vom Südmagnetpol der Erde angezogen wird. Dies kann verwirrend sein, wenn Sie aufhören, die Magnetpole anderer Planeten zu betrachten. Damit ein Kompass funktioniert, ist der Nordpol eines Planeten im Wesentlichen der Südpol, wenn die Welt ein riesiger Magnet wäre!

 

Magnetismus in lebenden Organismen

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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, Weichtiere, Arthropoden und Vögel. Das menschliche Auge enthält ein Cryptochrom-Protein, das bei Menschen ein gewisses Maß an 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.

 

Magnetismus Schlüssel zum Mitnehmen

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  • Magnetismus entsteht durch die elektromagnetische Kraft einer sich bewegenden elektrischen Ladung.
  • Ein Magnet ist von einem unsichtbaren Magnetfeld und zwei Enden umgeben, die als Pole bezeichnet werden. Der Nordpol zeigt auf das Nordmagnetfeld der Erde. Der Südpol zeigt auf das Südmagnetfeld der Erde.
  • Der Nordpol eines Magneten wird vom Südpol eines anderen Magneten angezogen und vom Nordpol eines anderen Magneten abgestoßen.
  • Beim Schneiden eines Magneten entstehen zwei neue Magnete mit jeweils Nord- und Südpol.

 

Quellen

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