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Magnetizzazione
L'effetto della magnetizzazione è fondamentale e si verifica quando un oggetto è esposto a un campo magnetico. La magnetizzazione magnetizza il materiale che prima non era magnetico. Una forte magnetizzazione può essere realizzata solo con sostanze ferromagnetiche, ad esempio nichel, ferro o cobalto. Nel materiale stesso, l'allineamento parallelo di tutti i magneti elementari garantisce la magnetizzazione. Si allineano con il campo magnetico esterno. Colpi duri, campi polarizzati opposti o alte temperature possono distruggere la magnetizzazione. Si parla quindi di una smagnetizzazione. La magnetizzazione stessa crea un campo magnetico all'interno della materia. Questo è sovrapposto al campo magnetico esterno. In linea di principio, le sostanze si distinguono in tre diverse proprietà: diamagnetiche, ferromagnetiche e paramagnetiche.
Paramagnetismo, Diamagnetismo e Ferromagnetismo
Quindi parliamo di paramagnetismo quando la magnetizzazione viene rettificata al campo magnetico esterno. Lo stesso vale per i corpi ferromagnetici: anche qui la magnetizzazione viene rettificata al di fuori del campo magnetico. In contrasto con il paramagnet, tuttavia, questo orientamento è molto più stabile. La ragione di ciò è un'interazione speciale chiamata interazione di scambio. Per materiale diamagnetico la magnetizzazione è diretta contro il campo magnetico esterno. Soprattutto con materiali ferromagnetici come cobalto o ferro, si osserva una forte magnetizzazione.
Esperimento: ricreare la magnetizzazione a casa
Per questo esperimento, è necessario un magnetico e oggetto ferroso - per esempio, un paio di forbici o un perno o una forchetta. Quando il magnete attrae l'oggetto corrispondente, si tratta di un articolo con componenti o proprietà ferromagnetici. L'inizio effettivo dell'esperimento inizia esponendo l'oggetto ferroso al campo magnetico del magnete. Il campo magnetico dovrebbe essere costante e non cambiare. Dopo il magnete è stato rimosso può dimostrare che l'oggetto contenente ferro, così per esempio, forbici o cucchiaio, ora sono essi stessi magnetico. Ad esempio, i perni magnetizzati si attaccheranno alle forbici. Questa restante magnetizzazione è chiamata "rimanenza".
Permeabilità magnetica
Circa la cosiddetta permeabilità magnetica μ, la magnetizzazione M, che a sua volta si inserisce in un campo magnetico esterno determinato.
Per comprendere questa formula, è importante conoscere i diversi effetti. Semplificato, la permeabilità μ indica quanto fortemente il campo magnetico H cambia quando viene applicato un campo magnetico esterno e l'influenza della materia. Dove:
La formula di cui sopra (1) è data per il motivo che il campo magnetico H è la somma della magnetizzazione del corpo e del campo magnetico esterno. Esempio: Poiché la permeabilità μ del vuoto è uguale a 1, la magnetizzazione M = 0. Le suddette differenti proprietà possono essere fissate sulla permeabilità μ: Per le sostanze paramagnetiche, la permeabilità μ è leggermente maggiore di 1, la magnetizzazione è quindi positiva o rettificato. Per le sostanze diamagnetiche, la permeabilità μ è inferiore a 1, quindi il negativo di magnetizzazione e quindi opposto al campo applicato esternamente. Per i superconduttori, la permeabilità μ è 0. Ora sappiamo anche perché i superconduttori galleggiano: Non c'è campo all'interno del superconduttore, poiché la magnetizzazione del superconduttore è diretta contro il campo esterno e di uguale ampiezza. Per i ferromagneti si trovano grandi figure di permeabilità: la permeabilità μ può arrivare fino a 10.000 per il ferro, per metalli speciali, i cosiddetti amorfi, anche fino a 150.000. La magnetizzazione per μ grande e un campo magnetico esterno H è approssimativamente uguale al prodotto di μ e il campo magnetico esterno:
Magnetizzazione spiegata in modo più dettagliato
Gli elettroni sono la ragione principale dell'effetto di magnetizzazione. Per capire le frasi seguenti, aiuta a immaginare nella tua mente la disposizione atomica di un materiale - cioè gli atomi con i loro nuclei atomici ed elettroni.
Come sappiamo, gli elettroni si muovono in un campo magnetico mutevole o si spostano quando si muovono in un campo costante (parola chiave forza di Lorentz). Quando viene applicato un campo magnetico esterno, i movimenti degli elettroni nelle guaine atomiche sono di interesse. Questo causa il cosiddetto diamagnetismo. Esiste una cosiddetta regola di Lenz, che afferma che queste correnti contrastano la causa con la loro direzione. Ora spiega anche perché la magnetizzazione nel materiale è diretta contro il campo esterno.
Tuttavia, il diamagnetismo della sostanza può essere sovrapposto a proprietà più forti come il paramagnetismo o il ferromagnetismo. La ragione è la rotazione elettronica di ciascun elettrone. Questo spin ha proprietà magnetiche: questi sono i magneti elementari nel materiale. Una rotazione ha un momento magnetico fisso. La sovrapposizione di solito si verifica quando il numero di elettroni è dispari. Per allora due spin opposti nella totalità non possono sovrapporsi: rimane una rotazione, che può allinearsi con il campo magnetico esterno. La magnetizzazione è quindi diretta contro il campo esterno.
I ferromagneti stabilizzano questo allineamento degli spin elettronici attraverso l'interazione di scambio sopra menzionata. Pertanto, un materiale ferromagnetico rimane significativamente magnetico anche dopo la rimozione del campo magnetico esterno. La rimanenza non può essere misurata ma anche soggettivamente osservata molto bene. Il materiale paramagnetico - ad esempio l'alluminio fuso - oi paramagneti non sono più magnetici nel momento in cui viene rimosso il campo magnetico esterno. Di conseguenza, nessuna rimanenza può essere osservata qui. Il suddetto smagnetizzazione dal calore, un campo magnetico opposto o forte urto può essere attribuito al fatto che questi effetti sposi miscelando gli spin elettroni e magneti elementari allineate. Soprattutto quando riscaldato, la magnetizzazione si verifica a una certa temperatura. Questa soglia di temperatura è chiamata temperatura di Curie.