Magnetism
În fizică , magnetismul este fenomenul prin care unele materiale sunt capabile să atragă fierul și să transmită această capacitate altor materiale.
Prin extensie semantică , magnetismul este, de asemenea, ramura fizicii referitoare la fenomenul menționat anterior. În special, pentru fenomenele staționare, adică care nu sunt variabile în timp, vorbim mai precis despre magnetostatice (care are unele analogii formale cu electrostaticele când densitățile de curent electric sunt substituite distribuțiilor de sarcină electrică ).
Pe de altă parte, pentru fenomenele dependente de timp, câmpurile electrice și magnetice se influențează reciproc. Ca urmare a studiilor efectuate în prima jumătate a secolului al XIX-lea de Oester , Ampère , Faraday și multe altele, o descriere unificată a celor două domenii a fost obținută în 1864 de către omul de știință britanic James Clerk Maxwell în cadrul teoriei electromagnetismului clasic. sau electrodinamica clasică .
fundal
Existența unui magnetism natural era deja cunoscută de grecii antici ( secolele V - VI î.Hr. ), dar probabil încă anterior fusese descoperită în China antică unde, se spune, se folosea un prototip rudimentar al unei busole magnetice. Se pare că Arhimede (287-212 î.Hr.) a încercat să magnetizeze săbiile armatei siracusane pentru a dezarma mai ușor dușmanii. [ necesită citare ] Pliniu cel Bătrân , în Naturalis historia , atribuie etimologia termenului „magnet” unui păstor cretan numit „Magnes”, care a descoperit din greșeală proprietățile magnetitei plasându-și bastonul cu vârf de fier. [1]
Cu toate acestea, ceea ce este sigur este că anticii descoperiseră capacitatea unor minerale (cum ar fi magnetitul ) de a atrage piloți de fier sau mici obiecte feroase. În mod similar, Titus Lucretius Carus (99 î.Hr. - 55 î.Hr.) în De rerum natura povestește despre un curios experiment electromagnetic observat în Samotracia (VI sau 1042-1048): „Se întâmplă, uneori, ca natura să se îndepărteze de această piatră a fier, folosit pentru a fugi și a se urma unul pe celălalt. Am văzut, de asemenea, inele de fier din Samotracie care zguduiau, și piliturile de fier dezlănțuite în bazinele de bronz, sub care fusese așezat magnetul: atât de mult fierul arată nerăbdare să scape din piatră. O mare discordie se creează peste interpunerea bronzului [...]. " [2] Această abilitate de a exercita o forță la distanță a conferit magnetismului o semnificație specială de-a lungul secolelor. Chiar și astăzi, în secolul 21 , încă auzim uneori despre forțe magnetice, sugerând un sens arcane și misterios.
Cel mai important studiu medieval pe această temă este cu siguranță „epistola de magnete” de Pietro Peregrino din Maricourt (din 1296 ), [1] care, printre altele, introduce conceptul și terminologia celor doi poli (nord și sud) ai magnetului ., explică modul de a determina cu exactitate poziția lor, descrie interacțiunile lor reciproce, atractive și respingătoare, și propune experimentul magnetului spart. În 1600 a apărut „De magnete” al lui William Gilbert , care a rămas multă vreme textul de referință pe tema magnetismului. Primele studii cantitative asupra fenomenelor magnetostatice pot fi urmărite până la sfârșitul secolului al XVIII-lea - începutul secolului al XIX-lea de francezii Biot și Savart și, ulterior, de Ampère și în Franța.
Descriere
Polii magnetici
În mod similar cu cazul electrostatic, magnetismul identifică, de asemenea, două surse de câmp de natură opusă, care sunt definite în mod convențional ca poli . Modul în care două sarcini opuse se atrag reciproc și două sarcini similare se resping la fel este la polii magnetici. Folosind Pământul ca magnet de referință vom vorbi apoi despre polii nord și sud , în special polul nord geografic corespunde aproximativ polului magnetic magnetic și invers. O proprietate interesantă a magneților naturali este că aceștia au întotdeauna atât polul nord cât și cel sudic. Dacă împărțiți un magnet în două părți, încercând să „separați” cei doi poli, obțineți doi magneți complet asemănători (fiecare cu o pereche de poli opuși).
Deoarece procesul poate continua conceptual la infinit, este de conceput că magnetismul natural își are originea în proprietățile atomice ale materiei. De fapt, considerând fiecare electron orbital ca o bobină microscopică străbătută de curent și, de asemenea, luând în considerare momentul de centrifugare , se poate înțelege că colectiv acestea pot contribui, într-un mediu material, la prezentarea unui câmp magnetic observabil macroscopic. În realitate trebuie luat în considerare faptul că mișcările de agitație termică tind, în general, să aranjeze aleatoriu toți acești dipoli magnetici microscopici, astfel încât în mod normal efectul magnetic general este zero. Numai în unele minerale, magneții naturali, micromagnetii se auto- aranjează în funcție de direcții comune, formând așa-numitele regiuni sau domenii Weiss pe o scară macroscopică cu dipoli orientați toți în aceeași direcție.
Unitate de măsură
În sistemul internațional , unitatea de măsură a câmpului de inducție magnetică B este tesla (simbolul T), în timp ce pentru câmpul magnetic H este utilizat amperul / metrul (A / m). În vechiul sistem CGS, intensitatea câmpului magnetic este măsurată în oersteds și câmpul densității fluxului magnetic este măsurat în gauss .
Monopoluri magnetice gratuite
Până în prezent, monopolurile magnetice libere nu au fost niciodată observate experimental, deși au fost prezise teoretic în anii 1930 de Dirac și Majorana . Aceasta oferă o proprietate specială liniilor de forță ale câmpului magnetic: acestea sunt întotdeauna închise și fluxul câmpului prin orice suprafață închisă este zero. Se poate demonstra că din aceasta rezultă că câmpul magnetic are același flux prin toate suprafețele care se sprijină pe aceeași curbă închisă. Un câmp vector cu această proprietate interesantă se mai numește și solenoid . În septembrie 2009, însă, a fost izolat într-o structură moleculară cristalină, un cvasi-monopol magnetic. [3]
Magnetism terestru
Deosebit de relevantă este existența unui magnetism terestru . Planeta noastră are de fapt un magnetism slab (de la 25 la 65 microtesla) cu o distribuție a câmpului aproximativ echivalentă cu cea generată de un dipol magnetic dispus de-a lungul Polului Nord - Polul Sud variabil lent în timp. Polul nord magnetic este deplasat la aproximativ 1.000 km de cel geografic și se află în prezent pe teritoriul canadian . Definiția polilor nord și sud este legată de proprietatea unui ac magnetic liber de a se roti fără frecare în jurul centrului său de greutate pentru a se aranja de-a lungul liniilor câmpului de forță menționat anterior. Prin urmare, definind polul magnetic de tip „nord” pe cel al acului busolei îndreptat spre nord, rezultă că polul nord al Pământului este de fapt un pol sud magnetic și invers.
Magnetismul materialelor
Un material supus unui câmp magnetic extern poate avea comportamente diferite.
Diamagnetism
Materialele diamagnetice se caracterizează prin faptul că, în prezența unui câmp magnetic extern, magnetizarea are direcția opusă față de câmpul extern, prin urmare aceste materiale sunt slab „respinse”.
În experiența obișnuită, substanțele care prezintă un comportament diamagnetic sunt apa , majoritatea substanțelor organice ( ADN , uleiuri , materiale plastice ) și unele metale precum mercurul , aurul , cuprul , argintul și bismutul .
Paramagnetism
Materialele paramagnetice se caracterizează prin faptul că, în prezența unui câmp magnetic extern, magnetizarea are aceeași direcție ca și câmpul extern și, prin urmare, sunt atrași de acesta.
Exemple de materiale paramagnetice sunt aerul și aluminiul .
Feromagnetism
Materialele feromagnetice se caracterizează prin faptul că se magnetizează foarte intens sub acțiunea unui câmp magnetic extern și rămân magnetizate mult timp când câmpul este anulat, devenind astfel magneți . Această proprietate este menținută doar sub o anumită temperatură , numită temperatura Curie , peste care materialul se comportă ca un material paramagnetic. Pentru fier , de exemplu, această temperatură este în jur de 770 ° C.
Antiferomagnetism
Materialele feromagnetice se caracterizează prin faptul că prezintă un comportament neutru aparent sub acțiunea unui câmp magnetic extern, cel puțin până la o anumită temperatură critică, numită Néel , dincolo de care prezintă un comportament paramagnetic.
Un exemplu tipic este dioxidul de mangan (MnO 2 ).
Acest comportament se datorează alinierii antiparalele a momentelor magnetice ale atomilor din material, spre deosebire de cazul feromagnetic în care alinierea este paralelă și care anulează complet câmpul extern.
Ferrimagnetismul
Materialele ferimagnetice au o structură similară antiferromagneticelor, dar în ele alinierea antiparalelă a momentelor magnetice atomice nu este perfectă și câmpul extern nu este anulat, producând un comportament similar cu cel al materialelor feromagnetice.
Notă
- ^ a b Paolo Manzelli, Scurtă istorie a magnetismului și electricității
- ^ Tito Lucretius Caro, VI, 1042 - 1048 , în Armando Fellin (editat de), De rerum natura , Torino, UTET, 2004, p. 473.
- ^ Prima dată a monopolurilor magnetice - Științele
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN ) Magnetism , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
- ( RO ) Lucrări referitoare la magnetism , pe Open Library , Internet Archive .
| Controlul autorității | Thesaurus BNCF 15812 · LCCN (RO) sh85079759 · GND (DE) 4037021-5 · BNF (FR) cb133190145 (data) · BNE (ES) XX524526 (data) · NDL (RO, JA) 00574858 |
|---|
