UvodPretpostavlja se da su magnetske pojave prvi puta primije ene jo 800 godina prije Krista u Kini i Europi. Prva osoba koja je primijetila magnetske pojave vjerojatno je bila dijete koje je podiglo magnet i nastavilo igru s njime. Postoje zapisi gr kog povjesni ara Plinija o tome da se uvar stada po imenu Magnus jednom prilikom nagnuo kao da e pasti zbog toga jer su mu glave eljeznih avala u cipelama bile privu ene za magnetizirano kamenje. Kao i ve ina mitova i ova pri a ima elemenata pretjerivanja, no legenda je brzo prihva ena. Egip ani su magnetizirane stijene zvali kosti Hareoeri (Hareoeri je otac bo ice zemlje). U centralnoj Americi i Maje su imale svoje legende o magnetima koje datiraju jo prije Kolumbovoga otkri a Amerike. Kinezi su prvi prakti no upotrebljavali magnetske materijale za navigaciju oko 100 god. Nove ere. Danas se pouzdano zna se da je prvi prirodni magnet zapravo prona en kao mineralni depozit u stijenama, te nazvan magnetit. Magnetizirane stijene bogate su rudom magnetit koja je po kemijskom sastavu eljezni oksid (Fe3O4). U prirodi prvi je magnet nastao udarom munje (elektri ni izboj) direktno u ili u neposrednu blizinu stijene bogate magnetitom, koja zbog svoje visoke struje, reda veli ine 1.000.000 ampera, proizvede sna no magnetsko polje koje ju namagnetizira.

Otkriveno je da mali tapi i na injeni od ovog materijala, ako im se dozvoli da se slobodno nji u, uvijek pokazuju sjever. Prona eni su i tekstovi u kojima se spominje 'pokaziva sjevera', a ovo je otkri e bilo posebno zna ajno u najranijim sistemima za navigaciju brodova.

DefinicijaKada se govori o permanentnim magnetima, magnetizam je pojava koju primje ujemo kao odbojnu ili privla nu silu izme u magneta i sli nih feromagnetskih materijala. Djelovanje magnetizma je puno ra irenije od klasi nih primjera s permanentnim magnetima, njegova primjena je u brojnim dnevnim aktivnostima ljudi: u transportu, zdravstvu, komunikaciji, zabavi itd. Znanstveno tuma enje je da je magnetizam sila me udjelovanja izme u elektri ki nabijenih estica u gibanju; brzine gibanja estica su bliske brzini svjetlosti (c=299,792,458km/sec). Na atomskom nivou dakle radi se o relativnom gibanju elektrona - negativno nabijanih subatomskih estica. Kao i planete u sun evom sustavu, elektroni se gibaju i oko svoje osi i oko jezgre atoma. Oba vrsta gibanja proizvode magnetsko polje izme u elektrona, a elektroni poprimaju svojstva mikroskopskih tapi astih magneta sa sjevernim i ju nim polom. Oko ovako 'beskona no' malog magneta nalaze se magnetske silnice, koje 'izviru' iz sjevernog pola, te zakrivljuju u obliku elipse da bi zavr ile u ju nom polu. Magnetizam je jedna od etiri osnovne sile u prirodi (elektromagnetska, gravitacijska, slaba nuklearna i jaka nuklearna sila). Nekad se mislilo da su ove pojave neovisne jedna o drugoj no kroz povijest znanstvenici su do li do zaklju aka da su te sile me usobno povezane. Tako je 1819. godine Hans Christian Oersted otkrio vezu izme u elektri ne i magnetske sile u eksperimentu s vodi em kroz koji te e struja i magnetskom iglom kompasa. Dokazao je da se magnetsko polje oko vodi a stvara dok kroz njega te e struja pokazav i kako je polje svojim utjecajem zakrenulo magnetsku iglu kompasa tako da ona zatvara pravi ugao u odnosu na os vodi a.

Pravilo desne ruke Ono govori da se oko vodi a kroz koji te e struja u smjeru palca, stvaraju silnice iji smjer polja je u smjeru pokazivanja ostalih prstiju. Od tada znamo da je magnetsko polje u stvari produkt koji nastaje gibanjem izvora elektri nog polja (naboja) uslijed relativisti ke pojave (brzina gibanja bliska brzini svijetlostikontrakcija duljine za promatra a koji stoji u odnosu na objekt). Izvor elektri nog polja to kastog naboja u mirovanju ima sferi an oblik. Ako taj naboj ubrzamo brzinom bliskoj svjetlosti, uslijed kontrakcije duljine u smjeru gibanja, za promatra a e taj sferi ni oblik poprimiti oblik 'pala inke' tj. sfera e se 'spljo titi'. Upravo tako izgleda magnetsko polje oko vodi a dok kroz njega te e elektri na struja. S obzirom na to da se svijet kakvog poznajemo sastoji od tvari koje su sastavljene od nabijenih estica (protoni i elektroni) magnetsko polje utje e na sve tvari oko nas. Me utim, kod nekih tvari je taj utjecaj minoran pa ga primijetiti mo emo tek uz pomo vrlo sofisticirane mjerne opreme, dok je kod drugih vrlo izra en.

Vrste magnetizmaPostoji pet razli itih vrsta magnetizma: dijamagnetiazm, paramagnetizam, feromagnetizam, ferimagnetizam i antiferomagnetizam. To nije, svih pet termina odnose se na pet razli itih na ina na koje materijali 'odgovaraju' na proces magnetizacije tj. izlaganje materijala magnetskom polju. Tvari koje po svojoj prirodni nisu magneti, u prisustvu magnetskog polja pona ati e se ili kao dijamagneti utjecati e na smanjenje prisutnog magnetskog polja, ili kao paramagneti utjecati e na neznatno pove anje prisutnog magnetskog polja (samo one tvari koje imaju neparni broj elektrona po atomu). Za razliku od dijamagnetizma i paramagnetizma, fero-, feri- i antiferimagnetizam opisuju pona anje 'prirodnih magneta' u prisustvu magnetskog polja.

FeromagnetizamFeromagnetizam je svojstvo materijala, poput eljeza (ferro), da 'zapamti' u inak magnetskog polja kojem je bio izlo en. Feromagneti se sastoje od mno tva mikroskopskih domena (podru ja) skupine atoma promjera cca. 5x10-5 m. U pojedinim domenama magnetski momenti mogu biti sinkronizirani ali smjerovi magnetskih sila razli itih domena ostaju nasumi no raspore eni (slika lijevo gore). Domene se sinkroniziraju pod utjecajem vanjskog magnetskog polja (slika lijevo dolje). Ako maknemo prineseni magnet, domene e se obi no ponovno vratiti u prvobitne polo aje a svojstva magneta e nestati. Ukoliko feromagnet stavimo u izuzetno jako magnetsko polje kroz odre eno vrijeme, domene e ostat trajno sinkronizirane ime dobivamo permanentni magnet. Ovaj efekt je jo poznat pod nazivom histereza.

Feromagneti imaju visoku relativnu magnetsku permeabilnost. Magnetska permeabilnost ( ) je konstanta proporcionalnosti izme u magnetske indukcije i intenziteta magnetskog polja i za vakuum iznosi o = 1.25710-6 H/m. Magnetska permeabilnost se obi no izra ava kao relativna vrijednost. Ako predstavlja magnetsku permeabilnost tra ene tvari, relativna magnetska permeabilnost je dana izrazom r = / o, reda veli ine 500-1000000, zna i da je utjecaj magnetskog polja na takve materijale jako velik (reda veli ine 10000x ve i nego na zrak/vakuum). Najpoznatiji materijali s izra enim feromagnetskim svojstvima su eljezo, kobalt i nikal.

DijamagnetizamDijamagnetizam je jako slab oblik magnetizma koji se mo e registrirati samo uz prisustvo vanjskog magnetskog polja. Nastaje promjenom orbitalnog kretanja elektrona uslijed prinesenog magnetskog polja. Ovako nastali magnetski moment je jako mali i smjerom suprotan od prinesenog polja:

Kada se smjesti izme u dva pola jakog magneta, dijamagnetni materijal se postavlja u podru je gdje je polje najslabije. Dijamagnetizam postoji kod svih materijala ali zbog male sile mo e se promatrati samo kod materijala koji nemaju ostala magnetska svojstva. Iznimka za "slabu" prirodu dijamagneta uo ena je kod velikog broja materijala koji mogu postati supervodi i, obi no na vrlo niskim temperaturama. Supervodi i su skoro savr eni dijamagnetici i njihov elektri ki otpor je nula. Poznato je da se struktura supervodi a raspada s nevjerojatnom silom u nastojanju da iza e iz prinesenog magnetskog polja. Supervodi e mo emo nazvati i magnetskim ogledalom, zbog injenice da oni proizvode polje istog intenziteta prinesenom ali suprotnog pola. Tajna ovog svojstva le i u elektromagnetskoj indukciji. Ako vodi u koji ima otpor nula prinesemo izvor magnetskog polja, u tom e se vodi u inducirati vrtlo na elektri na struja (Lorentzova sila koja djeluje na slobodne elektrone u supervodi u koji se po inju kru no gibati zbog promjene magnetskog polja) koja e proizvesti polje identi nog intenziteta prinesenom ali suprotnog polariteta. Ova pojava 'istiskivanja magnetskih silnica' poznatija je pod nazivom Meissnerov efekt. Supervodi i su vjerojatno jedina va na primjena dijamagnetizma.

Tanki komadi piroliti kog grafita ili bizmuta, koji je neobi no jak dijamagneti ki materijal, mo e stabilno lebdjeti iznad jakog magnetskog polja (neodimijskih magneta). Pokus se mo e napraviti na sobnoj temperaturi i njime vizualno demonstrirati dijamagnetizam.