Magnetismus ist ein Eigentum von Materialien, die auf ein angewandtes magnetisches Feld antworten. Dauerhafte Magnete ließen beharrliche magnetische Felder durch den Ferromagnetismus verursachen. Das ist der stärkste und vertrauteste Typ des Magnetismus. Jedoch werden alle Materialien unterschiedlich durch die Anwesenheit eines magnetischen Feldes beeinflusst. Einige werden von einem magnetischen Feld (Paramagnetismus) angezogen; andere werden durch ein magnetisches Feld (diamagnetism) zurückgeschlagen; andere haben eine viel kompliziertere Beziehung mit einem angewandten magnetischen Feld (spinnen Sie Glasverhalten und Antiferromagnetismus). Substanzen, die durch magnetische Felder unwesentlich betroffen werden, sind als nichtmagnetische Substanzen bekannt. Sie schließen Kupfer, Aluminium, Benzin und Plastik ein.

Reiner Sauerstoff stellt magnetische Eigenschaften, wenn abgekühlt, zu einem flüssigen Staat aus.

Der magnetische Staat (oder Phase) eines Materials hängt von Temperatur ab (und andere Variablen wie Druck, und hat magnetisches Feld angewandt), so dass ein Material mehr als eine Form des Magnetismus abhängig von seiner Temperatur usw. ausstellen kann.

Geschichte

Aristoteles hat den ersten davon zugeschrieben, wem eine wissenschaftliche Diskussion über den Magnetismus zu Thales von Miletus genannt werden konnte, der von ungefähr 625 v. Chr. zu ungefähr 545 v. Chr. gelebt hat. Um dieselbe Zeit, im alten Indien, war der Indianerchirurg, Sushruta, erst, um vom Magnet zu chirurgischen Zwecken Gebrauch zu machen.

Im alten China liegt die frühste literarische Verweisung auf den Magnetismus im 4. Jahrhundert v. Chr. bestellen genanntes Buch des Teufel-Talmasters () vor: "Der natürliche Magnet lässt Eisen kommen, oder es zieht es an." Die frühste Erwähnung der Anziehungskraft einer Nadel erscheint in einer Arbeit, die zwischen n.Chr. 20 und 100 (Louen-heng) zusammengesetzt ist: "Ein natürlicher Magnet zieht eine Nadel an." Der alte chinesische Wissenschaftler Shen Kuo (1031-1095) war die erste Person, um über den magnetischen Nadel-Kompass zu schreiben, und dass er die Genauigkeit der Navigation durch die Beschäftigung des astronomischen Konzepts des wahren Nordens (Traumlache-Aufsätze, n.Chr. 1088) verbessert hat, und vor dem 12. Jahrhundert, wie man bekannt, die Chinesen den Kompass des natürlichen Magneten für die Navigation verwendet haben. Sie haben einen Richtungslöffel vom natürlichen Magneten auf solche Art und Weise geformt, dass der Griff des Löffels immer Süden angespitzt hat.

Alexander Neckham vor 1187 war in Europa erst, um den Kompass und seinen Gebrauch für die Navigation zu beschreiben. 1269 hat Peter Peregrinus de Maricourt den Epistola de magnete, die erste noch vorhandene Abhandlung geschrieben, die die Eigenschaften von Magneten beschreibt. 1282 wurden die Eigenschaften von Magneten und dem trockenen Kompass von Al-Ashraf, einem Physiker von Yemeni, Astronomen, und Geographen besprochen.

1600 hat William Gilbert seinen De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (Auf dem Magnet und den Magnetischen Körpern, und auf dem Großen Magnet die Erde) veröffentlicht. In dieser Arbeit beschreibt er viele seiner Experimente mit seiner Mustererde genannt den terrella. Von seinen Experimenten hat er beschlossen, dass die Erde selbst magnetisch war, und dass das der Grund war, haben Kompasse Norden angespitzt (vorher, einige haben geglaubt, dass es der Polarstern (Polarstern) oder eine große magnetische Insel auf dem Nordpol war, der den Kompass angezogen hat).

Ein Verstehen der Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus hat 1819 mit der Arbeit von Hans Christian Oersted, einem Professor an der Universität Kopenhagens begonnen, der mehr oder weniger zufällig entdeckt hat, dass ein elektrischer Strom eine Kompassnadel beeinflussen konnte. Dieses merkliche Experiment ist als das Experiment von Oersted bekannt. Mehrere andere Experimente sind mit André-Marie Ampère gefolgt, die 1820 entdeckt hat, dass das magnetische Feld, das in einem geschlossenen Pfad zirkuliert, mit dem Strom verbunden gewesen ist, der durch den Umfang des Pfads fließt; Carl Friedrich Gauss; Jean-Baptiste Biot und Félix Savart, von denen beide 1820 das Biot-Savart Gesetz präsentiert haben, das eine Gleichung für das magnetische Feld von einer Strom tragenden Leitung gibt; Michael Faraday, der 1831 gefunden hat, dass ein zeitändernder magnetischer Fluss durch eine Schleife der Leitung eine Stromspannung und andere veranlasst hat, die weitere Verbindungen zwischen dem Magnetismus und der Elektrizität finden. James Clerk Maxwell hat synthetisiert und hat diese Einblicke in die Gleichungen von Maxwell ausgebreitet, Elektrizität, Magnetismus und Optik ins Feld des Elektromagnetismus vereinigend. 1905 hat Einstein diese Gesetze im Motivieren seiner Theorie der speziellen Relativität verwendet, verlangend, dass die Gesetze in allen Trägheitsbezugsrahmen für wahr gehalten haben.

Elektromagnetismus hat fortgesetzt, sich ins 21. Jahrhundert zu entwickeln, in die grundsätzlicheren Theorien der Maß-Theorie, Quant-Elektrodynamik, electroweak Theorie, und schließlich das Standardmodell vereinigt werden.

Quellen des Magnetismus

Magnetismus, an seiner Wurzel, entsteht aus zwei Quellen:

1. Elektrische Ströme oder mehr allgemein, bewegende elektrische Anklagen schaffen magnetische Felder (sieh die Gleichungen von Maxwell).
2. Viele Partikeln haben Nichtnull "inner" (oder "Drehung") magnetische Momente. Da jede Partikel, durch seine Natur, eine bestimmte Masse und Anklage hat, hat jeder einen bestimmten magnetischen Moment, vielleicht Null.

Es wurde vor Hunderten von Jahre gefunden, dass bestimmte Materialien eine Tendenz haben, in einer besonderen Richtung zu orientieren.

Zum Beispiel haben alte Leute gewusst, dass "natürliche Magneten", wenn aufgehoben, von einer Schnur und erlaubt haben frei zu rotieren, kommen Sie, um sich horizontal in der Nordsüdrichtung auszuruhen. Alte Seemänner haben natürliche Magneten zu Navigationszwecken verwendet.

In magnetischen Materialien sind Quellen der Magnetisierung die winkelige Augenhöhlenbewegung der Elektronen um den Kern, und der innere magnetische Moment der Elektronen (sieh magnetischen Elektrondipolmoment). Die anderen Quellen des Magnetismus sind die magnetischen Kernmomente der Kerne im Material, die normalerweise Tausende von Zeiten sind, die kleiner sind als die magnetischen Momente der Elektronen, so sind sie im Zusammenhang der Magnetisierung von Materialien unwesentlich. Magnetische Kernmomente sind in anderen Zusammenhängen, besonders in der Kernkernspinresonanz (NMR) und Kernspinresonanz-Bildaufbereitung (MRI) wichtig.

Normalerweise, die riesige Menge von Elektronen in einem Material werden solch eingeordnet, dass ihre magnetischen Momente (sowohl Augenhöhlen-als auch inner) annullieren. Das ist einigermaßen zu Elektronen erwartet, die sich in Paare mit entgegengesetzten inneren magnetischen Momenten infolge des Ausschluss-Grundsatzes von Pauli verbinden (sieh Elektronkonfiguration), oder sich in gefüllte Subschalen mit der Nullnettoaugenhöhlenbewegung verbindend. In beiden Fällen besteht die Elektroneinordnung darin, um die magnetischen Momente von jedem Elektron genau zu annullieren. Außerdem, selbst wenn die Elektronkonfiguration solch ist, dass es allein stehende Elektronen und/oder nichtgefüllte Subschalen gibt, ist es häufig der Fall, dass die verschiedenen Elektronen im Festkörper magnetische Momente beitragen werden, die in verschiedenen, zufälligen Richtungen hinweisen, so dass das Material nicht magnetisch sein wird.

Jedoch manchmal — entweder spontan, oder infolge eines angewandten magnetischen Außenfeldes — wird jeder der magnetischen Elektronmomente durchschnittlich aufgestellt. Dann kann das Material ein magnetisches Nettogesamtfeld erzeugen, das potenziell ziemlich stark sein kann.

Das magnetische Verhalten eines Materials hängt von seiner Struktur, besonders seine Elektronkonfiguration aus den Gründen ab, die oben, und auch auf der Temperatur erwähnt sind. Bei hohen Temperaturen macht zufällige Wärmebewegung es schwieriger für die Elektronen, Anordnung aufrechtzuerhalten.

Themen

Diamagnetism

Diamagnetism erscheint in allen Materialien, und ist die Tendenz eines Materials, einem angewandten magnetischen Feld, und deshalb entgegenzusetzen, durch ein magnetisches Feld zurückgetrieben zu werden. Jedoch, in einem Material mit paramagnetischen Eigenschaften (d. h. mit einer Tendenz, ein magnetisches Außenfeld zu erhöhen), herrscht das paramagnetische Verhalten vor. So, trotz seines universalen Ereignisses, diamagnetic Verhalten wird nur in rein diamagnetic Material beobachtet. In einem diamagnetic Material gibt es keine allein stehenden Elektronen, so können die inneren magnetischen Elektronmomente keine Hauptteil-Wirkung erzeugen. In diesen Fällen entsteht die Magnetisierung aus den Augenhöhlenbewegungen der Elektronen, die klassisch wie folgt verstanden werden können:

:When ein Material wird in einem magnetischen Feld, die Elektronen gestellt, die den Kern umkreisen, wird zusätzlich zu ihrer Ampere-Sekunde-Anziehungskraft zum Kern, einer Kraft von Lorentz vom magnetischen Feld erfahren. Abhängig von der Richtung das Elektron umkreist, kann diese Kraft die Zentripetalkraft auf den Elektronen vergrößern, sie in zum Kern ziehend, oder es kann die Kraft vermindern, sie vom Kern wegziehend. Diese Wirkung vergrößert systematisch die magnetischen Augenhöhlenmomente, die gegenüber dem Feld ausgerichtet wurden, und diejenigen ausgerichtete Parallele zum Feld (in Übereinstimmung mit dem Gesetz von Lenz) vermindert. Das läuft auf einen kleinen Hauptteil magnetischer Moment mit einer entgegengesetzten Richtung zum angewandten Feld hinaus.

Bemerken Sie, dass diese Beschreibung nur als ein heuristischer gemeint wird; ein richtiges Verstehen verlangt eine mit dem Quant mechanische Beschreibung.

Bemerken Sie, dass alle Materialien diese Augenhöhlenantwort erleben. Jedoch, in paramagnetischen und eisenmagnetischen Substanzen, wird die diamagnetic Wirkung durch die viel stärkeren durch die allein stehenden Elektronen verursachten Effekten überwältigt.

Paramagnetismus

In einem paramagnetischen Material gibt es allein stehende Elektronen, d. h. atomaren oder molekularen orbitals mit genau einem Elektron in ihnen. Während paarweise angeordnete Elektronen durch den Ausschluss-Grundsatz von Pauli erforderlich sind, ihr inneres ('Drehung') magnetische Momente zu haben, in entgegengesetzten Richtungen hinweisend, ihre magnetischen Felder veranlassend, zu annullieren, ist ein allein stehendes Elektron frei, seinen magnetischen Moment in jeder Richtung auszurichten. Wenn ein magnetisches Außenfeld angewandt wird, werden diese magnetischen Momente dazu neigen, in derselben Richtung wie das angewandte Feld auszurichten, so es verstärkend.

Ferromagnetismus

Ein Ferromagnet, wie eine paramagnetische Substanz, hat allein stehende Elektronen. Jedoch, zusätzlich zur Tendenz des inneren magnetischen Moments der Elektronen, zu einem angewandten Feld parallel zu sein, gibt es auch in diesen Materialien eine Tendenz seit diesen magnetischen Momenten, um Parallele zu einander zu orientieren, um einen Staat der gesenkten Energie aufrechtzuerhalten. So, selbst wenn das angewandte Feld entfernt wird, erhalten die Elektronen im Material eine parallele Orientierung aufrecht.

Jede eisenmagnetische Substanz hat seine eigene individuelle Temperatur, genannt die Temperatur von Curie oder Punkt von Curie, über dem es seine eisenmagnetischen Eigenschaften verliert. Das ist, weil die Thermaltendenz zur Unordnung das Energiesenken wegen der eisenmagnetischen Ordnung überwältigt.

Einige wohl bekannte eisenmagnetische Materialien, die leicht feststellbare magnetische Eigenschaften ausstellen (um Magnete zu bilden), sind Nickel, Eisen, Kobalt, Gadolinium und ihre Legierung.

Magnetische Gebiete

Der magnetische Moment von Atomen in einem eisenmagnetischen Material veranlasst sie, sich etwas wie winzige dauerhafte Magnete zu benehmen. Sie kleben zusammen und richten in kleine Gebiete genannter magnetischer Gebiete der mehr oder weniger gleichförmigen Anordnung oder Gebiete von Weiss aus. Wie man beobachten kann, offenbaren magnetische Gebiete mit einem magnetischen Kraft-Mikroskop magnetische Bereichsgrenzen, die weißen Linien in der Skizze ähneln. Es gibt viele wissenschaftliche Experimente, die magnetische Felder physisch zeigen können.

Wenn ein Gebiet zu viele Moleküle enthält, wird es nicht stabil und teilt sich in zwei in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtete Gebiete, so dass sie, mehr stabil wie gezeigt, am Recht zusammenkleben.

Wenn ausgestellt, zu einem magnetischen Feld, die Bereichsgrenzbewegung, so dass die nach dem magnetischen Feld ausgerichteten Gebiete anbauen und die Struktur, wie gezeigt, am verlassenen beherrschen. Wenn das Magnetisieren-Feld entfernt wird, können die Gebiete nicht zu einem unmagnetisierten Staat zurückkehren. Das läuft darauf hinaus, dass das eisenmagnetische Material magnetisiert wird, einen dauerhaften Magnet bildend.

Wenn magnetisiert, stark genug, dass das vorherrschende Gebiet alles andere überflutet, um auf nur ein einzelnes Gebiet hinauszulaufen, wird das Material magnetisch gesättigt. Wenn ein magnetisiertes eisenmagnetisches Material zur Punkt-Temperatur von Curie geheizt wird, sind die Moleküle zum Punkt begeistert, dass die magnetischen Gebiete die Organisation und die magnetischen Eigenschaften verlieren, die sie verursachen, hören auf. Wenn das Material abgekühlt wird, kehrt diese Bereichsanordnungsstruktur spontan, gewissermaßen grob analog dem zurück, wie eine Flüssigkeit in einen kristallenen Festkörper frieren kann.

Antiferromagnetismus

In einem Antiferromagnet, verschieden von einem Ferromagnet, gibt es eine Tendenz seit den inneren magnetischen Momenten von benachbarten Wertigkeitselektronen, um in entgegengesetzten Richtungen hinzuweisen. Wenn alle Atome in einer Substanz eingeordnet werden, so dass jeder Nachbar 'antiausgerichtet' wird, ist die Substanz antimagnetisch. Antiferromagnete haben einen magnetischen Nullnettomoment, bedeutend, dass kein Feld von ihnen erzeugt wird. Antiferromagnete sind im Vergleich zu den anderen Typen von Handlungsweisen weniger üblich, und werden größtenteils bei niedrigen Temperaturen beobachtet. In unterschiedlichen Temperaturen, wie man sehen kann, stellen Antiferromagnete diamagnetic und ferrimagnetic Eigenschaften aus.

In einigen Materialien wollen benachbarte Elektronen in entgegengesetzten Richtungen hinweisen, aber es gibt keine geometrische Einordnung, in der jedes Paar von Nachbarn antiausgerichtet wird. Das wird ein Drehungsglas genannt, und ist ein Beispiel der geometrischen Frustration.

Ferrimagnetism

Wie Ferromagnetismus behalten ferrimagnets ihre Magnetisierung ohne ein Feld. Jedoch, wie Antiferromagnete, weisen benachbarte Paare von Elektrondrehungen gern in entgegengesetzten Richtungen hin. Diese zwei Eigenschaften, sind weil in der optimalen geometrischen Einordnung nicht widersprechend, es gibt mehr magnetischen Moment vom Subgitter von Elektronen, die in einer Richtung hinweisen, als vom Subgitter, das in der entgegengesetzten Richtung hinweist.

Wie man

ursprünglich glaubte, war die erste entdeckte magnetische Substanz, Magneteisenstein, ein Ferromagnet; Louis Néel hat das jedoch mit der Entdeckung von ferrimagnetism widerlegt.

Superparamagnetismus

Wenn ein Ferromagnet oder ferrimagnet genug klein sind, handelt es wie eine einzelne magnetische Drehung, die der Brownschen Bewegung unterworfen ist. Seine Antwort auf ein magnetisches Feld ist der Antwort eines Paramagnets qualitativ ähnlich, aber viel größer.

Elektromagnet

Ein Elektromagnet ist ein Typ des Magnets, dessen Magnetismus durch den Fluss des elektrischen Stroms erzeugt wird. Das magnetische Feld verschwindet, wenn der Strom aufhört.

Andere Typen des Magnetismus

• Molekularer Magnet
• Metamagnetism
• Molekül-basierter Magnet
• Spinnen Sie Glas

Magnetismus, Elektrizität und spezielle Relativität

Demzufolge der Theorie von Einstein der speziellen Relativität werden Elektrizität und Magnetismus im Wesentlichen verkettet. Sowohl Magnetismus-Ermangeln-Elektrizität als auch Elektrizität ohne Magnetismus, sind mit der speziellen Relativität, wegen solcher Effekten wie Länge-Zusammenziehung, Zeitausdehnung und die Tatsache inkonsequent, dass die magnetische Kraft geschwindigkeitsabhängig ist. Jedoch, wenn sowohl Elektrizität als auch Magnetismus in Betracht gezogen werden, ist die resultierende Theorie (Elektromagnetismus) mit der speziellen Relativität völlig im Einklang stehend. Insbesondere ein Phänomen, das rein elektrisch einem Beobachter scheint, kann zu einem anderen rein magnetisch sein, oder mehr allgemein sind die Verhältnisbeiträge der Elektrizität und des Magnetismus vom Bezugssystem abhängig. So haben spezielle Relativitäts-"Mischungs"-Elektrizität und Magnetismus in ein einzelnes, untrennbares Phänomen Elektromagnetismus genannt, der dem analog ist, wie Relativität Zeit und Raum in die Raum-Zeit "mischt".

Magnetische Felder in einem Material

In einem Vakuum,

:

wo die Vakuumdurchdringbarkeit ist.

In einem Material,

:

Die Menge wird magnetische Polarisation genannt.

Wenn das Feld klein ist, ist die Antwort der Magnetisierung in einem diamagnet oder Paramagnet ungefähr geradlinig:

:

die Konstante der Proportionalität, die die magnetische Empfänglichkeit wird nennt. Wenn so,

:

In einem harten Magnet wie ein Ferromagnet, ist zum Feld nicht proportional und ist allgemein Nichtnull, selbst wenn Null ist (sieh Remanenz).

Zwingen Sie wegen des magnetischen Feldes - Die magnetische Kraft

Das Phänomen des Magnetismus wird durch das magnetische Feld "vermittelt". Ein elektrischer Strom oder magnetischer Dipol schaffen ein magnetisches Feld, und dass Feld abwechselnd magnetische Kräfte auf anderen Partikeln gibt, die in den Feldern sind.

Die Gleichungen von Maxwell, die zum Biot-Savart Gesetz im Fall von unveränderlichen Strömen vereinfachen, beschreiben den Ursprung und das Verhalten der Felder, die diese Kräfte regeln. Deshalb wird Magnetismus gesehen, wann auch immer elektrisch beladene Partikeln in der Bewegung---zum Beispiel, von der Bewegung von Elektronen in einem elektrischen Strom, oder in bestimmten Fällen von der Augenhöhlenbewegung von Elektronen um einen Kern eines Atoms sind. Sie entstehen auch aus "inneren" magnetischen Dipolen, die aus der mit dem Quant mechanischen Drehung entstehen.

Dieselben Situationen, die magnetische Felder — Anklage schaffen, die sich in einem Strom oder in einem Atom und inneren magnetischen Dipolen bewegt —, sind auch die Situationen, in denen ein magnetisches Feld eine Wirkung hat, eine Kraft schaffend. Folgender ist die Formel, um Anklage zu bewegen; für die Kräfte auf einem inneren Dipol, sieh magnetischen Dipol.

Wenn sich eine beladene Partikel durch ein magnetisches Feld B bewegt, fühlt es Lorentz durch das Kreuzprodukt gegebenen F zwingen:

:

wo

: ist die elektrische Anklage der Partikel und

der

: v ist der Geschwindigkeitsvektor der Partikel

Weil das ein Kreuzprodukt ist, ist die Kraft sowohl auf der Bewegung der Partikel als auch auf dem magnetischen Feld rechtwinklig. Hieraus folgt dass die magnetische Kraft keine Arbeit an der Partikel tut; es kann die Richtung der Bewegung der Partikel ändern, aber es kann es nicht veranlassen, zu beschleunigen oder sich zu verlangsamen. Der Umfang der Kraft ist

:

wo der Winkel zwischen v und B ist.

Ein Werkzeug, für die Richtung des Geschwindigkeitsvektoren einer bewegenden Anklage, des magnetischen Feldes und der ausgeübten Kraft zu bestimmen, etikettiert den Zeigefinger "V", den Mittelfinger "B", und der Daumen "F" mit Ihrer rechten Hand. Wenn sie eine einer Pistole ähnliche Konfiguration mit dem Mittelfinger machen, der sich unter dem Zeigefinger trifft, vertreten die Finger den Geschwindigkeitsvektoren, magnetischen Feldvektoren, und zwingen Vektoren beziehungsweise. Siehe auch Regel der rechten Hand.

Magnetische Dipole

Eine sehr allgemeine Quelle des magnetischen in der Natur gezeigten Feldes ist ein Dipol, mit einem "Südpol" und dem "Nordpol", Begriffe, die auf den Gebrauch von Magneten als Kompasse zurückgehen, mit dem magnetischen Feld der Erde aufeinander wirkend, um Norden und Süden auf dem Erdball anzuzeigen. Da entgegengesetzte Enden von Magneten angezogen werden, wird der Nordpol eines Magnets vom Südpol eines anderen Magnets angezogen. Der magnetische Nordpol der Erde (zurzeit in Nordpolarmeer, nördlich von Kanada) ist physisch ein Südpol, weil es den Nordpol eines Kompasses anzieht.

Ein magnetisches Feld enthält Energie und physische Systembewegung zu Konfigurationen mit der niedrigeren Energie. Wenn diamagnetic Material in ein magnetisches Feld gelegt wird, neigt ein magnetischer Dipol dazu, in der gegensätzlichen Widersprüchlichkeit zu diesem Feld auszurichten, dadurch die Nettofeldkraft senkend. Wenn eisenmagnetisches Material innerhalb eines magnetischen Feldes gelegt wird, richten sich die magnetischen Dipole zum angewandten Feld aus, so die Bereichswände der magnetischen Gebiete ausbreitend.

Magnetische Monopole

Da ein Bar-Magnet seinen Ferromagnetismus von Elektronen verteilt gleichmäßig überall in der Bar bekommt, wenn ein Bar-Magnet entzwei geschnitten wird, ist jedes der resultierenden Stücke ein kleinerer Bar-Magnet. Wenn auch, wie man sagt, ein Magnet den Nordpol und einen Südpol hat, können diese zwei Pole nicht von einander getrennt werden. Ein Monopol — wenn solch ein Ding besteht — würde eine neue und im Wesentlichen verschiedene Art des magnetischen Gegenstands sein. Es würde als ein isolierter Nordpol handeln, der nicht einem Südpol, oder umgekehrt beigefügt ist. Monopole würden "magnetische Anklage tragen, die" der elektrischen Anklage analog ist. Trotz systematischer Suchen seit 1931, sind sie nie beobachtet worden, und konnten sehr gut nicht bestehen.

Dennoch sagen einige Modelle der theoretischen Physik die Existenz dieser magnetischen Monopole voraus. Paul Dirac hat 1931 bemerkt, dass, weil Elektrizität und Magnetismus eine bestimmte Symmetrie zeigen, gerade als Quant-Theorie voraussagt, dass individuelle positive oder negative elektrische Anklagen ohne die gegenüberliegende Anklage beobachtet werden können, sollten isolierte magnetische oder Südnordpole erkennbar sein. Das Verwenden der Quant-Theorie Dirac hat dass gezeigt, wenn magnetische Monopole bestehen, dann konnte man den quantization der elektrischen Anklage---erklären d. h. warum die beobachteten elementaren Partikeln Anklagen tragen, die Vielfachen der Anklage des Elektrons sind.

Bestimmte großartige vereinigte Theorien sagen die Existenz von Monopolen voraus, die, verschieden von elementaren Partikeln, solitons (lokalisierte Energiepakete) sind. Die anfänglichen Ergebnisse, diese Modelle zu verwenden, um die Zahl von im Urknall geschaffenen Monopolen zu schätzen, haben kosmologischen Beobachtungen widersprochen — die Monopole wären so reichlich und massiv gewesen, dass sie schon lange die Vergrößerung des Weltalls gehalten hätten. Jedoch war die Idee von der Inflation (für den dieses Problem als eine teilweise Motivation gedient hat) im Beheben dieses Problems erfolgreich, Modelle schaffend, in denen Monopole bestanden haben, aber selten genug waren, um mit aktuellen Beobachtungen im Einklang stehend zu sein.

Mit dem Quant mechanischer Ursprung des Magnetismus

Im Prinzip entstehen alle Arten des Magnetismus (ähnlich der Supraleitfähigkeit) von spezifischen mit dem Quant mechanischen Phänomenen (z.B. Mathematische Formulierung der Quant-Mechanik, insbesondere die Kapitel über die Drehung und über den Grundsatz von Pauli).

Ein erfolgreiches Modell wurde bereits 1927 entwickelt, durch Walter Heitler und Fritz London, der Quant mechanisch abgeleitet hat, wie Wasserstoffmoleküle von Wasserstoffatomen, d. h. vom Atomwasserstoff orbitals gebildet und an den Kernen A und B in den Mittelpunkt gestellt werden, sieh unten. Dass das zu Magnetismus führt, überhaupt nicht offensichtlich ist, aber im folgenden erklärt wird.

Gemäß der Heitler-Londoner Theorie werden so genannte molekulare Zwei-Körper--orbitals gebildet, nämlich der resultierende Augenhöhlen-ist:

:

Hier bedeutet das letzte Produkt, dass ein erstes Elektron, r, in einem am zweiten Kern in den Mittelpunkt gestellten Atomwasserstoffaugenhöhlen-ist, wohingegen das zweite Elektron den ersten Kern umläuft. Dieses "Austausch"-Phänomen ist ein Ausdruck für das mit dem Quant mechanische Eigentum, dass Partikeln mit identischen Eigenschaften nicht bemerkenswert sein können. Es ist nicht nur für die Bildung von chemischen Obligationen spezifisch, aber wie wir auch für den Magnetismus sehen werden, d. h. in dieser Verbindung die Begriff-Austauschwechselwirkung, ein Begriff entsteht, der für den Ursprung des Magnetismus notwendig ist, und der, grob durch Faktoren 100 und sogar durch 1000 stärker ist, als die Energien, die aus der electrodynamic Dipoldipol-Wechselwirkung entstehen.

Bezüglich der Drehungsfunktion, die für den Magnetismus verantwortlich ist, haben wir den Grundsatz von bereits erwähntem Pauli nämlich, dass ein symmetrischer Augenhöhlen-(d. h. mit + Zeichen als oben) mit einer antisymmetrischen Drehungsfunktion (d. h. mit - Zeichen), und umgekehrt multipliziert werden muss. So:

:

D. h., nicht nur und muss durch α und β, beziehungsweise (die erste Entität Mittel "Drehung", die zweite "Drehung unten"), sondern auch das Zeichen + durch das -Zeichen, und schließlich r durch die getrennten Werte s (= ±½) eingesetzt werden; dadurch haben wir und. Das "Unterhemd setzt", d. h. - Zeichen, Mittel fest: Die Drehungen sind antiparallel, d. h. für den Festkörper haben wir Antiferromagnetismus, und für zweiatomare Moleküle hat man diamagnetism. Die Tendenz, ein (homoeopolar) chemisches Band zu bilden (bedeutet das: Die Bildung eines symmetrischen molekularen Augenhöhlen-, d. h. mit + Zeichen) resultiert durch den Grundsatz von Pauli automatisch in einem antisymmetrischen Drehungsstaat (d. h. mit - Zeichen). Im Gegensatz würde die Ampere-Sekunde-Repulsion der Elektronen, d. h. die Tendenz, dass sie versuchen, einander durch diese Repulsion zu vermeiden, zu einer antisymmetrischen Augenhöhlenfunktion (d. h. mit - Zeichen) dieser zwei Partikeln, und ergänzend zu einer symmetrischen Drehungsfunktion führen (d. h. mit + Zeichen fungiert einer des so genannten "Drillings"). So jetzt würden die Drehungen (Ferromagnetismus in einem Festkörper, Paramagnetismus in zweiatomarem Benzin) parallel sein.

Die letztgenannte Tendenz herrscht im Metalleisen, Kobalt und Nickel, und in einigen seltenen Erden vor, die eisenmagnetisch sind. Die meisten anderen Metalle, wo die zuerst erwähnte Tendenz vorherrscht, sind (z.B Natrium, Aluminium und Magnesium) nichtmagnetisch oder (z.B Mangan) antimagnetisch. Benzin von Diatomic ist auch fast exklusiv diamagnetic, und nicht paramagnetisch. Jedoch ist das Sauerstoff-Molekül, wegen der Beteiligung von π-orbitals, eine für die Lebenswissenschaften wichtige Ausnahme.

Die Heitler-Londoner Rücksichten können zum Modell von Heisenberg des Magnetismus (Heisenberg 1928) verallgemeinert werden.

Die Erklärung der Phänomene basiert so im Wesentlichen auf der ganzen Subtilität der Quant-Mechanik, wohingegen die Elektrodynamik hauptsächlich die Phänomenologie bedeckt.

Einheiten des Elektromagnetismus

SI-Einheiten haben sich auf den Magnetismus bezogen

Andere Einheiten

• gauss - Der gauss, abgekürzt als G, ist die CGS Einheit des magnetischen Feldes (B).
• oersted - Der oersted ist die CGS Einheit, Feld (H) zu magnetisieren.
• Maxwell - ist die CGS Einheit für den magnetischen Fluss.
• Gamma - ist eine Einheit der magnetischen Flussdichte, die allgemein verwendet wurde, bevor der tesla populär (1 Gamma = 1 nT) geworden

ist

• μ - allgemeines Symbol für die Durchdringbarkeit des freien Raums (4π×10 N / (Ampere-Umdrehung)).

Wesen

Einige Organismen können magnetische Felder, ein Phänomen bekannt als magnetoception entdecken. Magnetobiology studiert magnetische Felder als eine ärztliche Behandlung; durch einen Organismus natürlich erzeugte Felder sind als biomagnetism bekannt.

Siehe auch

• Sättigungskoerzitivkraft
• Magnetar
• Magnetisches Lager
• Magnetischer Stromkreis
• Das magnetische Abkühlen
• Magnetischer Feldbetrachtungsfilm
• Magnetrührer
• Magnetische Struktur
• Mikromagnetismus
• Neodym-Magnet
• Plastikmagnet
• Selten-Erdmagnet
• Drehungswelle
• Spontane Magnetisierung
• Beispielmagnetometer vibrieren lassend

Weiterführende Literatur

Links

• Die Exploratorium Wissenschaftsimbisse - Imbisse über den Magnetismus
• Elektromagnetismus - ein Kapitel aus einem Online-Lehrbuch
• Video: Der Physiker Richard Feynman antwortet auf die Frage, Warum ziehen Bar-Magnete an oder treiben einander zurück?
• Auf dem Magnet, 1600 Zuerst wissenschaftliches Buch auf dem Magnetismus durch den Vater der Elektrotechnik. Voller englischer Text, volle Textsuche.