Hva er magnetisme? Nysgjerrige vitenskapelige fakta avslørt for barn!

Fenomenet magnetisme er relatert til magneter og magnetiske felt.

Effekten av magnetiske felt på materie er grunnleggende for magnetisme. Magnetiske felt kan skyldes en enkel stangmagnet eller strømmen som går gjennom en ledende ledning.

Begrepet magnet har sine røtter i de greske ordene magnetis lithos, som oversettes til "magnesiansk stein". Folk har brukt magneter til forskjellige formål, med historiske registreringer av magnetbruk som dateres tilbake til 600 fvt. Bruken av det magnetiske kompasset til navigasjonsformål ble oppdaget på 1000-tallet i Kina og på 1100-tallet i Europa. Et av de mest kjente eksemplene på magneter er stangmagnetene som har magnetiske nord- og sørpoler og kan tiltrekke seg eller frastøte andre magneter. Men selv om magneter hadde utbredt bruk, kunne deres funksjon ikke forklares før på 1800-tallet. I 1819 oppdaget den danske fysikeren Hans Christian Ørsted utilsiktet magnetiske felt rundt strømførende ledninger. Senere, i 1873, beskrev James Clerk Maxwell forholdet mellom elektrisitet og magnetisme, som også var en del av Einsteins spesielle relativitetsteori (1905). I dag finner magneter mange bruksområder i hverdagen vår. Det være seg innbruddsalarmer, maglev-tog og MR, eller kredittkort, høyttalere og mikrofoner, bruken av magnetismen kjenner ingen grenser!

Hvis du liker å lese om magnetisme, sjekk ut andre interessante vitenskapelige artikler om hva som er nordlys og hva som er periodisk system.

Definisjon av magnetisme med eksempel

Magnetisme er fenomenet forbundet med magnetiske felt. Elektrisitet og magnetisme er de to grunnleggende aspektene ved elektromagnetisk kraft.

I henhold til standarddefinisjonen av magnetisme, refererer det til de attraktive og frastøtende kreftene som produseres av bevegelsen av elektrisk ladning. Området rundt de elektriske ladningene i bevegelse består av både elektriske og magnetiske felt. Dette magnetfeltet gir opphav til en magnet eller magnetisk gjenstands evne til å frastøte eller tiltrekke andre magnetiske materialer. SI-enheten til magnetfeltet er Tesla (T), oppkalt etter forskeren Nikola Tesla som er mest kjent for sitt arbeid med vekselstrøm. Én Tesla er definert som magnetfeltintensiteten som produserer én Newton kraft per meter leder og per ampere strøm.

Magneter er stoffer som skaper et magnetfelt rundt dem og tiltrekker eller frastøter andre stoffer. Mange materialer som vi ser rundt oss viser fenomenet magnetisme. Magnetiske materialer kan enten tiltrekke eller frastøte hverandre, avhengig av hvilken del av materialene som bringes nær hverandre. Dessuten opplever noen magnetiske materialer som permanente magneter laget av jern magnetisme sterkere enn andre. En magnet har to endepoler (nordpol og sørpol) og et usynlig magnetfelt som omgir den. Som magnetiske poler frastøter og i motsetning til magnetiske poler tiltrekker seg. Dermed vil den magnetiske nordpolen til en magnet bli tiltrukket av den magnetiske sørpolen til en annen magnet og frastøtt av dens nordpol. Noen av de mest kjente magnetiske materialene inkluderer jern, nikkel, stål, rustfritt stål, kobolt og sjeldne jordmetaller som neodym.

Hva er magnetismekraft?

Den attraktive eller frastøtende kraften mellom ladede partikler i bevegelse kalles magnetisk kraft.

Når ladede partikler beveger seg, opplever de enten en tiltrekkende eller frastøtende kraft mellom seg. Vanligvis opplever ladede elektriske partikler med samme bevegelsesretning en tiltrekkende kraft mellom seg. Alternativt vil ladede partikler som beveger seg i motsatte retninger ha en frastøtende kraft mellom seg. Med andre ord kan den magnetiske kraften som eksisterer mellom to ladede partikler i bevegelse beskrives som effekten av magnetfeltet skapt av hver ladning på den andre.

Den magnetiske kraften som oppleves av den andre bevegelige partikkelen er avhengig av dens elektriske ladning, hastigheten den beveger seg med, den magnetiske felt generert av den første bevegelige ladningen, og sinusverdien til vinkelen mellom retningen til magnetfeltet og banen til den andre partikkel. Derfor vil kraften være størst når den andre partikkelen beveger seg i rette vinkler på magneten felt (sinus 90 grader = 1) og null når man beveger seg i samme retning som magnetfeltet (sinus 0 grader = 0). Den magnetiske kraften er ansvarlig for tiltrekningen av magneter mot visse metaller og virkningen av elektriske motorer.

Hvordan fungerer magnetisme?

Som en elektrisk strøm produseres av strømmen av elektroner, er magnetisme et resultat av spinning av elektroner rundt kjernen til et atom.

Spinn av elektroner rundt kjernen til et atom genererer et lite magnetfelt. I de fleste materialer spinner elektroner i tilfeldige retninger, og deres magnetiske krefter opphever hverandre. Men når det gjelder magneter, er atomene ordnet på en måte som deres elektroner spinner i samme retning. Ordningen og spinn av elektroner skaper en kraft og resulterer i et magnetfelt rundt magneten. I en enkel magnet som en stangmagnet, er magnetfeltet avbildet med imaginære linjer fra nordpolen til sørpolen.

Selv om all materie viser en viss grad av magnetisme, avhenger dens magnetiske oppførsel av temperaturen og den elektroniske konfigurasjonen til atomene. En økning i temperatur øker den tilfeldige termiske bevegelsen til partiklene og gjør det vanskelig for elektronene å justere, noe som resulterer i redusert magnetisk styrke. Den elektroniske konfigurasjonen kan enten føre til at de magnetiske momentene justeres, noe som gjør saken mer magnetisk eller kansellere magnetiske momenter, noe som gjør materialet mindre magnetisk.

Avhengig av årsaken til magnetisme og magnetisk oppførsel, er hovedtypene for magnetisme ferromagnetisme, diamagnetisme, paramagnetisme, ferrimagnetisme og antiferromagnetisme. Følgende er en beskrivelse av de forskjellige typene, deres egenskaper og eksempler.

Ferromagnetisme: Ferromagnetiske materialer har en sterk tiltrekning mot magneter og kan danne permanente magneter. Et ferromagnetisk materiale har uparrede elektroner og deres magnetiske momenter (spinn) har en tendens til å justere seg selv i fravær av et eksternt magnetfelt. Eksempler på ferromagnetiske stoffer inkluderer metaller som jern, nikkel, kobolt, deres legeringer, noen legeringer av mangan og noen sjeldne jordmetalllegeringer.

Diamagnetisme: Diamagnetisme er tendensen til et materiale til å bli frastøtt av et magnetfelt og observeres for det meste i materialer som ikke har uparrede elektroner i atomene. Elektronparene som er tilstede har spinnmagnetiske momenter som kansellerer hverandre, noe som resulterer i en diamagnetisk oppførsel. I nærvær av et magnetisk felt, magnetiseres et diamagnetisk materiale svakt i en retning motsatt retningen til det påførte feltet. Eksempler på diamagnetiske stoffer inkluderer vann, luft, gull, kobber og kvarts.

Paramagnetisme: Et paramagnetisk materiale har uparrede elektroner som står fritt til å justere sine magnetiske momenter. Når et slikt materiale plasseres i et magnetfelt, justeres de magnetiske momentene og blir magnetisert i retning av det påførte feltet. Som et resultat utvikler materialet en ganske sterk tiltrekning for magneter. Eksempler på paramagnetiske stoffer inkluderer molybden, magnesium, tantal og litium.

Ferrimagnetisme: Som ferromagneter tiltrekkes et ferrimagnetisk stoff mot magneter og forblir magnetisert når det fjernes fra et magnetfelt. Imidlertid peker nabopar av elektroner i ferrimagnetiske materialer i motsatte retninger, men kansellerer ikke. Arrangementet av atomer i disse materialene er slik at det magnetiske momentet som peker i én retning er sterkere enn det som peker i motsatt retning. Ferrimagnetisme observeres i ferritter og magnetitter.

Antiferromagnetisme: De magnetiske momentene til elektroner i antiferromagnetiske stoffer peker i motsatte retninger, noe som resulterer i null magnetisk moment og magnetfelt. Antiferromagnetiske stoffer inkluderer overgangsmetallforbindelser som nikkeloksid, jernmangan, krom og hematitt.

Er jorden en magnet?

Jordens kjerne produserer et magnetfelt, og derfor kan vi måle magnetiske felt på jordoverflaten. Så på en måte kan jorden betraktes som en massiv og svak magnet.

Jordens flytende ytre kjerne består av smeltet, ledende jern. Sløyfer av elektriske strømmer i dette konstant bevegelige smeltede jernet skaper magnetiske felt. Som en magnet har jorden nord- og sørmagnetiske poler. Den magnetiske sørpolen ligger nær jordens geografiske nordpol. På samme måte er det magnetiske nord nær jordens geografiske sørpol. Som enhver annen magnet beveger de magnetiske kraftlinjene seg fra jordens magnetiske nordpol til sør. Videre varierer magnetfeltet i styrke på jordoverflaten: det er svakest ved ekvator og sterkest ved polene.

På jordoverflaten kan vi lage et kompass av en magnet eller magnetisert gjenstand. Nålen på kompasset er ikke annet enn en magnetisert bit av metall. Når den er perfekt balansert, har nålen en tendens til å bevege seg og orientere seg med det lokale magnetfeltet. Når kompassnålen ikke peker nordover, vil magnetiske krefter presse den mot nord. En viktig ting å huske er at en kompassnål har en tendens til å peke mot den magnetiske nordpolen og ikke mot den geografiske nord. Forskjellen mellom retningen på den geografiske nordpolen og hvor kompassnålen peker kalles deklinasjon.

Visste du...

Å føre en elektrisk strøm gjennom en ledning produserer elektromagnetisme. Å øke styrken på strømmen som går gjennom ledningen øker magnetfeltets styrke.

Magnetiske felt måles ved hjelp av en enhet som kalles et magnetometer.

Temperaturen kan enten svekke eller styrke en magnets tiltrekningskrefter. Mens oppvarming av en magnet vil svekke dens magnetiske egenskaper, vil avkjøling av magneten eller utsette den for lave temperaturer resultere i et sterkt magnetfelt.

En form for magnetitt kalt lodestone er den sterkeste, naturlig forekommende magneten.

Magneter er laget av metallelementer og deres legeringer. Ulike typer magneter har forskjellige inngående metaller. For eksempel består alnico-magneter av aluminium, nikkel og kobolt, keramiske magneter består av jern oksid og keramisk kompositt, og neodymmagneter inneholder bor, jern og det sjeldne jordmetallet neodym.

Permanente eller harde magneter skaper magnetiske felt til enhver tid, men midlertidige eller myke magneter produserer magnetiske felt bare i nærvær av permanente magnetiske felt. Midlertidige magneter mister sine magnetiske egenskaper når det ytre feltet fjernes. Jernspiker og binders er eksempler på midlertidige magneter.

Hvis du vil magnetisere en metallgjenstand, ta en stangmagnet og stryk den mot metallet i én retning. Fortsett å gni i samme område og i samme retning til metallobjektet har oppnådd magnetisering og begynner å tiltrekke seg andre metallbiter.

Her på Kidadl har vi nøye laget mye interessant familievennlig fakta for alle å nyte! Hvis du likte forslagene våre til Hva er magnetisme? Nysgjerrige vitenskapelige fakta avslørt for barn!, hvorfor ikke ta en titt på 19 morsomme februarbursdagsfakta som du ikke vil tro eller Puerto Rico-kulturfakta: Nysgjerrige detaljer om Puerto Ricans avslørt!?