Magnetisme

Magnetisme er en egenskap ved et materiale som gjør at det tiltrekkes eller frastøtes av et annet materiale. Magnetisme er velkjent fra hverdagen, og man bruker magneter til mange praktiske ting. De fleste kjenner godt til kjøleskapsmagneter som holder papirer på plass, eller har en knivholder på veggen på kjøkkenet som fungerer ved hjelp av magnetisme. Men hva er denne magnetiske kraften, og hva er årsaken til magnetisme?

Hva er magnetisme?

Magnetisme er et fenomen i fysikken der et legeme har en tiltrekkende eller frastøtende kraft på et annet legeme. Den elektromagnetiske kraften som er årsaken til magnetisme finnes i alle molekyler, fordi molekyler er bygd opp av atomer som inneholder positive positroner og negative elektroner. I de fleste materialer er molekylene ikke ordnet slik at de trekker i samme retning. Men i noen materialer er veldig mange av molekylene ordnet i samme retning, og dette gir dem elektromagnetisk kraft.

Magnetisme er fysiske egenskaper og fenomen som oppstår på grunn av et materiales evne til å påvirke magnetfelt. Magnetfelt består av krefter skapt av elektroner. Alle materialer har i større eller mindre grad magnetiske egenskaper, men i de fleste tilfeller er egenskapene så små at de ikke kan påvises uten bruk av spesialutstyr. Men noen materialer, særlig jern og jernholdige metaller, er særlig magnetiske. Disse kalles magneter.

Magnetpoler

De områdene av et legeme hvor magnetismen er sterkest, kalles magnetpoler. Alle magneter har to poler, en nordpol og en sørpol. Magnetismen er sterkest nær polene. Jo lenger man kommer bort fra polene, jo svakere blir den. Forskjellige magnetpoler sender elektriske strømmer mellom hverandre. Når magneter nærmer seg hverandre, vil magnetfeltene deres begynne å påvirke hverandre. Dette fører til at de elektriske strømmene forstyrres. For å skape balanse i magnetfeltet igjen, vil magnetene tiltrekke eller frastøte hverandre.

Hvis to legemer med like magnetpoler nærmer seg hverandre, vil de frastøte hverandre fordi magnetstrømmene flyter i motsatt retning. Hvis to legemer med ulike magnetpoler nærmer seg hverandre, vil de tiltrekke hverandre så magnetstrømmene kan flyte parallelt.

To magneter nærmer seg hverandre. Øverst med samme poler og nederst med motsatte poler.

Ferromagentisme, diamagnetisme og paramagnetisme

Det finnes forskjellige typer magnetisme. De tre grunntypene er: ferromagnetisme, diamagnetisme og paramagnetisme.

Ferromagnetisme

Et legeme består av mange atomer. Skal legemet virke som en magnet, må mange av atomdipolene være innstilt i samme retning. I de ferromagnetiske stoffene jern, kobolt og nikkel kan mange av elektronene innstille seg med magnetfelt i samme retning, og da virker atomet som helhet som en magnet. For at et legeme skal bli magnetisert, må det utsettes for et ytre magnetfelt.

Ferromagetiske materialer har små såkalte domener hvor alle elektronene peker i samme retning, og dette gjør dem til små magneter. Disse domenene er i utgangspunktet orientert helt tilfeldig, og polene peker i forskjellige retninger. Derfor har legemet i seg selv ikke noen ytre magnetisk effekt.

Men når legemet utsettes for et ytre magnetfelt, vil de domenene som peker i samme retning forsterkes og andre felt vil svekkes. De sterke domenenes magnetfelt vil dermed ligge symmetrisk og overskygge alle andre felt. Dette gjør at legemet blir en magnet.

Et magnetisk metall utsettes for et ytre magnetfelt fra en annen magnet. De indre magnetiske domenene får samme retning som den ytre magneten

Alle ferromagnetiske materialer har en Curi-temperatur. Ved oppvarming over denne temperaturen, forsvinner ferromagnetismen. Den indre termiske energien blir forskjøvet, og domenene går tilbake til å ligge i tilfeldige retninger igjen. Da vil materialet ikke lenger være magnetisk. Jern og jernlegeringer har en Curie-temperatur på 770 grader celsius. Nikkel har en Curie-temperatur på 354 grader.

Ferromagnetisme er den sterkeste form for magnetisme. Det er mange forskjellige ferromagneter, oftest legeringer av jern med andre metaller. Noen er myke og magnetiseres lett, mens andre er harde og krever et kraftigere magnetfelt for å bli magnetisert.

Diamagnetisme

Diamagnetisme er en form for magnetisme. Et materiale kalles diamagnetisk når det magnetiserer i motsatt retning av et ytre magnetiserende felt. Når et diamagnetisk materiale nærmer seg et magnetfelt, vil det skape sitt eget magnetfelt i motsatt retning. Dette vil svekke det ytre magnetfeltet og materialet vil trekke seg vekk fra det.

Diamagnetisme er en veldig svak form for magnetisme. Den er ikke synlig, med mindre man har å gjøre med meget sterke ytre magnetfelt.

Paramagnetisme

I noen stoffer forsterker magnetiseringen magnetfeltet. Paramagnetisme virker motsatt av diamagnetisme, i det stoffene skaper et magnetfelt med samme retning som det ytre feltet. Paramagnetisme er heller ikke særlig sterk, og stoff slutter å være paramagnetiske så snart det ytre magnetfeltet fjernes.

Magnetisme eksperiment

Man kan gjøre magnetfelt synlige ved å gjennomføre et eksperiment hvor man drysser små jernfliser rundt en magnet. Jernflisene blir magnetisert, og vil organisere seg rundt magnetfeltet. 

For å finne det magnetiske feltet på for eksempel en stangmagnet, kan man legge et stykke papir, kartong eller en glassplate over stangmagneten og helle over jernfliser. På den måten kan man se det magnetiske feltet. Det vil være flest jernfliser ved polene, og færrest fliser i midten.

Jordens magnetiske poler

Jorden er også omgitt av et magnetfelt. Sett utenfra kan jorden betraktes som en magnetisk kule. Den ytre jordmagnetismen ligner på magnetetfeltet rundt en stavmagnet som er plassert i jordens sentrum. Den geografiske nordpolen er tilnærmet en magnetisk sydpol, og den geografiske sydpolen svarer til den magnetiske nordpolen. Magnetpolene er altså omvendt av de geografiske polenes plassering. Opphavet til jordens magnetfelt tror man er elektriske strømmer i jordens kjerne. Jordens magnetfelt styrer ladede partikler fra universet slik at de fleste treffer magnetpolene langt nord og langt sør. Midt mellom nordpolen og sydpolen opphever polene hverandres kraft og har ingen tiltrekningskraft.

Mål for magnetisme

Styrken av et magnetfelt, og dermed også styrken av en magnet, måles i enheten Tesla. Styrken kalles også den magnetiske flukstettheten, som er et mål for den kraft magnetfeltet har på en partikkel.

Tesla er en veldig stor enhet, så magnetisme i hverdagen vil stort sett måles i styrken millitesla (1 tesla = 1000 millitesla). For eksempel vil en alminnelig kjøleskapsmagnet ha en styrke på omkring 5 millitesla.

Magnetisme og (link)elektromagnetisme er tett forbundet. Einstein samlet i sin relativitetsteori elektrisitet og magnetisme under navnet elektromagnetisme, og viste at det ene ikke kunne eksistere uten det andre. Se artikkelen (link)Elektromagnetisme- kommer snart).