Definição e significado de magnetisme

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Magnetisme er et fysisk fænomen som optræder overalt hvor elektrisk ladede partikler er i bevægelse. Magnetisme knytter sig dels til bestemte materialer, dels til strømførende ledere.

Magnetfelter og strømførende ledere

Magnetfelter

Som mål for styrken af et magnetfelt haves den magnetiske fluxtæthed. Ligningendefinerer den magnetiske fluxtæthed. Den angiver kraften (F) på en partikel med ladning q der bevæger sig med hastigheden v i et felt hvor den magnetiske fluxtæthed er B. Af ligningen fremgår bl.a. at kraftpåvirkningen er nul hvis partiklen er i hvile. Kraften virker i øvrigt vinkelret på både hastighed og magnetfelt.

Den magnetiske fluxtæthed måles i tesla (T). 1 T er en stor enhed. De kraftigste elektromagneter kan generere magnetiske fluxtætheder på mellem 10 og 100 tesla. Jordens magnetfelt er langt svagere, nemlig af størrelsesorden 70 mikrotesla ved polerne.

Strømførende ledere

I 1820 påviste Hans Christian Ørsted, en af elektromagnetismens opdagere, ved et berømt forsøg, at der er et magnetfelt rundt om en strømførende leder, stærkere jo større den elektriske strømstyrke (I) er, svagere jo større afstanden (r) til lederen er. Vha. Ampères lov kan man vise at den magnetiske fluxtæthed rundt om en lang, lige leder er givet vedhvor er vakuumpermeabiliteten. Magnetfeltlinierne danner koncentriske cirkler rundt om lederen. Magnetfeltets retning er givet ved følgende højrehåndsregel: Grib om magneten med fingrene i strømmens retning, og der hvor tommelfingeren er, vil magnetens nordpol være.

I det indre af en solenoide (en lang og lige spiralsnoet leder) er den magnetiske fluxtæthed givet ved hvor L er solenoidens længde. Feltlinierne er parallelle med solenoidens akse.

I det indre af en torus (en spiralsnoet leder som er bukket til en cirkel) er den magnetiske fluxtæthed givet vedhvor R er storradius i torusen. Feltlinierne danner koncentriske cirkler rundt om omdrejningsaksen.

Magnetiske materialer

Alle stoffer påvirkes i en eller anden grad af et magnetfelt, selv om vekselvirkningen undertiden kan være så svag, at det kræver specialudstyr at påvise den.De mest kendte materialer, som er magnetiske er jern (Fe), kobolt (Co), nikkel (Ni) og Lanthaniderne med grundstofnumrene 57 til 71.

Mange stoffer kan magnetiseres. Per definition er magnetisering lig magnetisk dipolmoment per volumen.

Til påvisning af magnetisk orden i et materiale benyttes neutronspredning. Neutroner bærer et magnetisk moment som er i stand til at vekselvirke med magnetiske momenter i materialeprøven.

Diamagnetisme

Når et materiale placeres i et ydre magnetfelt, vil der i materialet induceres strømme som genererer et modfelt. Fænomenet betegnes diamagnetisme.

Hvis man placerer et stykke superledende materiale i et ydre magnetfelt som ikke er for stærkt, vil der i superlederen induceres elektriske strømme som giver ophav til et magnetfelt der er lige så stærkt og modsat rettet det ydre magnetfelt. I den forstand er en superleder en perfekt diamagnet. Superlederes evne til at fortrænge et ydre magnetfelt fuldstændigt kaldes Meissner-effekten. Den gør det bl.a. muligt for et lille stykke superleder at svæve i et ydre magnetfelt.

Paramagnetisme

Visse stoffer magnetiseres midlertidigt når de placeres i et ydre magnetfelt. De tiltrækkes af en permanent magnet. Fænomenet betegnes paramagnetisme. Det optræder i stoffer som indeholder atomer eller nanopartikler med permanente magnetiske momenter.

Ferromagnetisme

Visse materialer kan magnetiseres permanent. Det gælder bl.a. jern, nikkel og kobolt. Fænomenet kaldes ferromagnetisme. Det skyldes at uparrede elektronspin orienterer sig parallelt inden for små områder, de såkaldte domæner. Magnetiseringen i de forskellige domæner peger i forskellige retninger, men når det ferromagnetiske materiale placeres i et ydre magnetfelt, magnetiseres det i samme retning som det ydre felt. Det skyldes dels at domæner drejer sig, dels at de domæner som i forvejen vender rigtigt, vokser på bekostning af de øvrige.

Når alle domæner peger i samme retning, kan magnetiseringen ikke øges yderligere. Mætningsmagnetiseringen yder typisk et bidrag til den magnetiske fluxtæthed der er tusindvis af gange større end det ydre felt som afstedkom magnetiseringen. Herpå beror anvendelsen af jernkerner i elektromagneter.

Magnetiseringen aftager med stigende temperatur. Når temperaturen overstiger en vis grænse, den såkaldte Curie-temperatur som karakteriserer det pågældende materiale, falder magnetiseringen til nul. For jern er Curie-temperaturen 1.043 grader C.

Antiferromagnetisme

I visse materialer er uparrede elektronspin orienteret antiparallelt på en sådan måde at de udligner hinandens magnetfelt. Fænomenet betegnes antiferromagnetisme.

Den magnetiske orden aftager med stigende temperatur. Når temperaturen overstiger en vis grænse, den såkaldte Néel-temperatur som karakteriserer det pågældende materiale, er den magnetiske orden helt forsvundet.

Jernmineralet goethit er antiferromagnetisk.

Ferrimagnetisme

I visse materialer er uparrede elektronspin orienteret antiparallelt på en sådan måde at de delvis udligner hinandens magnetfelt. Fænomenet betegnes ferrimagnetisme.

Jernmineralet magnetit er ferrimagnetisk.

Se også

Lorentz-kraft – Maxwells ligninger – Faststoffysik – Jordens magnetfelt

Eksterne henvisninger

Letforståelig tekst om magnetisme

.