Che cos'è il magnetismo? Definizione, esempi, fatti

Gli antichi usavano le pietre naturali, i magneti naturali realizzati con la magnetite minerale di ferro. In effetti, la parola "magnete" deriva dalle parole greche magnetis lithos, che significa "pietra magnesiana" o pietra calcarea. Talete di Mileto studiò le proprietà del magnetismo tra il 625 a.C. e il 545 a.C. Il chirurgo indiano Sushruta ha usato i magneti per scopi chirurgici nello stesso periodo. I cinesi scrissero del magnetismo nel IV secolo a.C. e descrissero l'uso di una pietra per attirare un ago nel primo secolo. comunque, il bussola non entrò in uso per la navigazione fino all'XI secolo in Cina e 1187 in Europa.

Mentre i magneti erano noti, non c'era una spiegazione per la loro funzione fino al 1819, quando Hans Christian Ørsted scoprì accidentalmente campi magnetici attorno ai fili sotto tensione. La relazione tra elettricità e magnetismo è stata descritta da James Clerk Maxwell nel 1873 e incorporato in La teoria della relatività speciale di Einstein nel 1905.

Allora, cos'è questa forza invisibile? Magnetismo è causato dalla forza elettromagnetica, che è una delle quattro forze fondamentali di natura. Qualsiasi carica elettrica in movimento (corrente elettrica) genera un campo magnetico perpendicolare ad esso.

Oltre alla corrente che viaggia attraverso un filo, il magnetismo è prodotto dai momenti magnetici di spin di particelle elementari, come gli elettroni. Pertanto, tutta la materia è in qualche modo magnetica perché gli elettroni che orbitano attorno a un nucleo atomico producono un campo magnetico. In presenza di un campo elettrico, atomi e molecole formano dipoli elettrici, con carica positiva i nuclei si muovono un po 'nella direzione del campo e gli elettroni a carica negativa muovono l'altro modo.

Tutti i materiali presentano magnetismo ma il comportamento magnetico dipende dalla configurazione elettronica degli atomi e dalla temperatura. La configurazione elettronica può far sì che i momenti magnetici si annullino a vicenda (rendendo il materiale meno magnetico) o allineandolo (rendendolo più magnetico). L'aumento della temperatura aumenta il movimento termico casuale, rendendo più difficile l'allineamento degli elettroni e in genere diminuendo la forza di un magnete.

Il magnetismo può essere classificato in base alla causa e al comportamento. I principali tipi di magnetismo sono:

diamagnetismo: Visualizza tutti i materiali diamagnetismo, che è la tendenza ad essere respinto da un campo magnetico. Tuttavia, altri tipi di magnetismo possono essere più forti del diamagnetismo, quindi si osserva solo in materiali che non contengono elettroni spaiati. Quando sono presenti coppie di elettroni, i loro momenti magnetici di "rotazione" si annullano a vicenda. In un campo magnetico, i materiali diamagnetici sono debolmente magnetizzati nella direzione opposta al campo applicato. Esempi di materiali diamagnetici includono oro, quarzo, acqua, rame e aria.

paramagnetismo: In un materiale paramagnetico, ci sono elettroni spaiati. Gli elettroni spaiati sono liberi di allineare i loro momenti magnetici. In un campo magnetico, i momenti magnetici si allineano e vengono magnetizzati nella direzione del campo applicato, rinforzandolo. Esempi di materiali paramagnetici includono magnesio, molibdeno, litio e tantalio.

ferromagnetismo: I materiali ferromagnetici possono formare magneti permanenti e sono attratti dai magneti. Un ferromagnete ha elettroni spaiati, inoltre i momenti magnetici degli elettroni tendono a rimanere allineati anche quando vengono rimossi da un campo magnetico. Esempi di materiali ferromagnetici includono ferro, cobalto, nichel, leghe di questi metalli, alcune leghe di terre rare e alcune leghe di manganese.

antiferromagnetism: Contrariamente ai ferromagneti, i momenti magnetici intrinseci degli elettroni di valenza in un punto antiferromagnante in direzioni opposte (anti-parallelo). Il risultato non è un momento magnetico netto o un campo magnetico. L'antiferromagnetismo è presente nei composti di metalli di transizione, come ematite, manganese di ferro e ossido di nichel.

ferrimagnetismo: Come i ferromagneti, i ferrimagnetti conservare la magnetizzazione quando viene rimosso da un campo magnetico ma coppie vicine di spin di elettroni puntano in direzioni opposte. La disposizione reticolare del materiale rende il momento magnetico che punta in una direzione più forte di quello che punta nell'altra direzione. Il ferrimagnetismo si verifica nella magnetite e in altri ferriti. Come i ferromagneti, i ferrimagnetti sono attratti dai magneti.

Esistono anche altri tipi di magnetismo, tra cui superparamagnetismo, metamagnetismo e spin glass.

Alcuni organismi viventi rilevano e usano campi magnetici. La capacità di rilevare un campo magnetico si chiama magnetocezione. Esempi di creature capaci di magnetocezione includono batteri, molluschi, artropodi e uccelli. L'occhio umano contiene una proteina del criptocromo che può consentire un certo grado di magnetocezione nelle persone.

Molte creature usano il magnetismo, che è un processo noto come biomagnetismo. Ad esempio, i chitoni sono molluschi che usano la magnetite per indurire i denti. Gli esseri umani producono anche magnetite nei tessuti, che può influenzare le funzioni del sistema immunitario e nervoso.