magnetizam

magnetizam (prema magnet), skup pojava povezanih s magnetskim poljem i s ponašanjem tvari u magnetskom polju.

Povijesni razvoj

U antičko doba Tales iz Mileta je zapazio da magnetit privlači željezne predmete, Platon je zabilježio da magnet omogućava željeznim predmetima privlačenje drugih željeznih predmeta. Kinezi su upotrebljavali magnetnu iglu već u ranom srednjem vijeku. Francuski učenjak Petrus Peregrinus prvi je (1269) detaljnije opisao navigaciju s pomoću magnetne igle. William Gilbert (1600) otkrio je magnetizam Zemlje, a Charles Augustin de Coulomb postavio je 1785. zakon o privlačenju i odbijanju magnetnih polova. Do početka XIX. stoljeća smatralo se da električne i magnetske pojave nisu povezane. Epohalno je otkriće Hansa Christiana Ørsteda, koji je (1820) utvrdio da električna struja djeluje na magnetnu iglu. Pet godina poslije André Marie Ampère otkrio je zakon o silama među vodičima kojima teče električna struja. Tada je konstruiran i prvi elektromagnet. U 1830-ima Michael Faraday, Joseph Henry i Heinrich Friedrich Emil Lenz otkrili su elektromagnetsku indukciju i njezine zakonitosti, a James Clerk Maxwell je 1873. sjedinio Ørstedove i Faradayeve spoznaje u zaokruženu cjelinu električnih i magnetskih pojava.

Magnetizam atoma

Magnetska svojstva tvari potječu od magnetskih momenta atoma i njihovih međudjelovanja koja mogu stvoriti kolektivno magnetsko uređenje. Magnetizam atoma posljedica je magnetizma elektrona i jezgre i njihovih međudjelovanja. Unutar atoma razlikuju se orbitalni magnetski moment, koji nastaje zbog gibanja elektrona oko atomske jezgre, i spinski magnetski moment, koji nastaje zbog vlastito kvantnomehaničko svojstvo elektrona i jezgre.

Magnetizam tvari

S obzirom na magnetsku permeabilnost razlikuju se dijamagnetične, paramagnetične, feromagnetične, ferimagnetične i antiferomagnetične tvari.

Dijamagnetici su mnogi kemijski elementi (npr. zlato, srebro, cink, silicij, fosfor, vodik, plemeniti plinovi) i većina organskih spojeva, koje obilježava slaba magnetska permeabilnost. Relativna magnetska permeabilnost dijametrika je manja od 1 i gotovo ne ovisi o temperaturi. Vanjsko magnetsko polje neutralizira se poljem koje stvara kružno gibanje elektrona, tzv. Larmorova precesija (→ larmor, joseph), pa je zbog toga gustoća magnetskoga toka zapravo manja od gustoće toka u vanjskome magnetskome polju. Anomalni dijamagnetici, npr. grafit i bizmut, imaju većinu svojstava dijamagnetičnih tvari, ali im je magnetska permeabilnost 10 do 100 puta veća od permeabilnosti ostalih dijamagnetika i na niskim temperaturama ovisi o temperaturi. Kod svih dijamagnetičnih tvari magnetsko polje prolazi gotovo nedeformirano (strogo uzevši samo za magnetsku permeabilnost 1), pa se te tvari u makroskopskim uvjetima očituju kao »nemagnetične« (ne privlači ih magnet). Dijamagnetska svojstva pokazuju i tvari kod kojih se javlja supravodljivost.

Paramagnetici su mnogi kemijski elemenati (npr. aluminij, kisik) i spojevi, koje obilježava relativna magnetska permeabilnost nešto veća od 1. Paramagnetizam je u prirodi najčešći oblik magnetizma. Paramagnetične tvari u magnetskom polju dobivaju slab dodatni magnetizam istoga smjera kao i polje, koji nastaje djelomičnim usmjeravanjem atomskih magnetskih momenata i veći je na nižoj temperaturi. U paramagnetskom stanju magnetski momenti atoma slabo međusobno djeluju i nisu kolektivno uređeni. Paramagnetici ne pokazuju makroskopsku »magnetičnost«, ali se, npr., kuglica od aluminija pri padu kroz jako polje potkovasta magneta usporava.

Feromagnetizam je svojstvo željeza, nikla, kobalta i gadolinija, za njihove međusobne slitine i neke spojeve s drugim elementima, a samo za malen broj tvari u kojima se ta četiri elementa ne pojavljuju. Feromagnetične tvari imaju relativnu magnetsku permeabilnost znatno veću od 1 (od 10³ do 104). Feromagnetizam je posljedica jakih međudjelovanja magnetskih momenata atoma, zbog čega nastaje kolektivno magnetsko uređenje, tj. spontana magnetizacija, koja se s porastom temperature smanjuje. Feromagnetične tvari u vanjskome magnetskome polju postaju magneti koje to polje privlači. Na temperaturama višim od Curiejeve točke tvari gube feromagnetična svojstva i postaju paramagnetici (za željezo 758 °C, nikal 360 °C, kobalt 1075 °C, gadolinij 16 °C). Hlađenjem na temperaturu nižu od Curiejeve u feromagnetičnim tvarima ponovno nastaje feromagnetsko stanje. Feromagnetične tvari imaju više ili manje izražen tzv. remanentni magnetizam: ako ih se dovede u magnetsko polje i zatim djelovanje polja ukloni, njihova magnetizacija ne iščezne potpuno (→ histereza). Tako se od tvari s velikim remanentnim magnetizmom dobivaju jaki permanentni magneti (→ feromagnetizam).

Antiferomagnetici (npr. manganov oksid, manganov sulfid, željezni sulfid) su tvari kojima magnetska permeabilnost na kritičnoj temperaturi (slično Curiejevoj točki) prolazi kroz maksimum. Te su tvari po ostalim magnetskim svojstvima vrlo slične feromagneticima, odnosno iznad tzv. antiferomagnetske Curiejeve točke paramagneticima.

Ferimagnetizam je pojava kod koje se magnetski momenti susjednih atoma ili iona u ograničenim područjima kristala (→ domena), koja su feromagnetska, međusobno poništavaju, slično nizu stalnih magneta nasuprotnih orijentacija. Takve tvari, ponajviše feriti, odlikuju se velikom električnom otpornošću koja je uzrokovana prelascima elektrona na granicama domena, a na temperaturama višima od Curiejeve, kao i feromagnetične, prelaze u paramagnetične tvari.

Metamagnetici pokazuju jaku anizotropiju magnetskih svojstava; u smjeru su jedne kristalne osi paramagnetici, a u smjeru druge feromagnetici. Takvih je tvari vrlo malo, npr. kobalt, željezo i kalcijev klorid.

Elektromagnetizam

Elektromagnetizam je pojava magnetskoga polja izazvana promjenama električnoga polja, odnosno tokom električne struje. Električno i magnetsko polje usko su povezani i svaka promjena jednog od polja izaziva promjenu drugoga, pa se shvaćaju kao jedinstveno elektromagnetsko polje (→ elektrodinamika). Ta su dva polja u svakoj točki prostora međusobno okomita. Prema Biot-Savartovu zakonu svi djelići (duljine ds) nekog vodiča kojim teče električna struja (i) stvaraju u točki na udaljenosti (r) magnetsko polje jakosti (H), koje je određeno formulom:

magnetizam.jpg

gdje je c brzina prostiranja magnetskoga polja, tj. brzina svjetlosti. S pomoću te formule može se izračunati jakost magnetskoga polja u svakoj točki prostora bilo kako oblikovanoga vodiča struje. (→ elektrodinamičko djelovanje)

magnetizam. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 15.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=38035>.