Magnetism
Från Rilpedia
Inom fysiken är magnetism ett fenomen med vilket ett material utövar attraktiva eller repulsiva krafter på andra material. Det finns ett antal välkända material som har lätt påvisbara magnetiska egenskaper såsom järn och nickel, vilka båda är ferromagnetiska. Dock påverkas i större eller mindre grad alla material av magnetfält. Magnetismen kan ytterst härledas till elektriska laddningar i rörelse.
Innehåll |
Orsaker till magnetism
Ett magnetfält uppstår kring elektriska laddningar i relativ rörelse, vilket innebär en ömsesidig kraftverkan mellan laddningarna. Magnetism beskrivs fullständigt av Maxwells elektromagnetiska ekvationer ur vilka magnetfältet bestäms med hjälp av Biot-Savarts lag.
Magnetiska krafter kan förklaras som en relativistisk effekt i samverkan med elektrostatiska krafter. Vid hastigheter i synnerhet nära ljusets hastighet, uppstår en längdkontraktion, vilket innebär att längden av mötande objekt reduceras i färdriktningen enligt mätningar gjorda från respektive objekt.
Antag att vi har två parallella elektriska ledningar, A och B, placerade nära varandra där respektive strömmar passerar i motsatta riktningar. I ledaren A’s referenssystem kommer den andra ledaren att ha fler ledningselektroner per längdenhet än protoner på grund av att i referenssystem A kommer ledningselektronerna i ledare B att röra sig med en högre hastighet än protonerna (det vill säga de i referenssystem B stationära positiva laddningarna). Motsvarande förhållanden gäller för ledning B. Då de båda ledningarna därmed uppfattar varandra som negativt laddade kommer de att repelleras.
Det är tillräckligt med ett relativt litet överskott av elektroner för att ge en mätbar kraft. Elektronerna behöver inte nå upp till vad som kallas "relativistiska hastigheter”.
Magnetism i material
Vissa elementarpartiklar har ett magnetiskt moment, även kallat spinn. Det magnetiska momentet kan ha olika storlek och två olika riktningar, till exempel kan elektronen ha två olika spinn som brukar betecknas med +1/2 och -1/2. I en atom har både partiklarna i atomkärnan och elektronerna runt om spinn, de många bidragen till spinnet tar ofta ut varandra men kan även summeras så att man kan betrakta det som om atomen har ett viss värde på spinn, och därmed viss magnetiska egenskaper.
I molekyler och sammansatta material påverkar atomerna varandra och kopplingen mellan spinnet i de olika atomerna kan ge upphov till olika magnetiska egenskaper. Detta gör att material kan magnetiseras på olika sätt och att vissa material kan uppträda som permanentmagneter.
När vissa material utsätts för ett magnetiskt fält, H, kommer de att bli magnetiserade. Magnetiseringen M är proportionell mot magnetfältet, där proportionalitetskonstanten benämns som den magnetiska susceptibiliteten, 
.
Normalt sett ger ett magnetfält, H, upphov till en magnetisk flödestäthet, B.
I ett magnetiserat material kan den magnetiska flödestätheten antingen förstärkas eller försvagas.
Det innebär att material med en positiv magnetisk susceptibilitet förstärker B-fältet och tvärtom för material med negativ magnetisk susceptibilitet.
Magnetiska material
Magnetiska material brukar klassificeras i två huvudkategorier, varav den ena är material som blir magnetiska när ett yttre magnetfält finns, och den andra är permanent magnetiska (ferromagnetiska eller ferrimagnetiska) material. Huvudtyperna av de ej permanentmagnetiska är av typen diamagnetiska (som motverkar ett pålagt magnetfält) och paramagnetiska (som förstärker det).
En ferromagnet är uppbyggd av flera domäner med likriktad magnetisering, men som är orienterade i olika riktningar. Dessa kan fås att ligga i samma riktning, varvid en permanentmagnet uppstår.
Paramagnetiska material har en positiv magnetisk susceptibilitet.
Diamagnetiska material har en negativ magnetisk susceptibilitet.
