PARAMAGNETYZM: PRZYCZYNY, MATERIAŁY PARAMAGNETYCZNE, PRZYKŁADY - FIZYCZNY - 2025

Paramagnetyzm jest formą magnetyzmu których niektóre materiały są słabiej przyciągane przez zewnętrzne pole magnetyczne i tworzą wewnętrzne pola magnetyczne indukowane w kierunku przyłożonego pola magnetycznego.

W przeciwieństwie do tego, co często myśli wiele osób, właściwości magnetyczne nie ograniczają się tylko do substancji ferromagnetycznych. Wszystkie substancje mają właściwości magnetyczne, nawet w słabszy sposób. Substancje te nazywane są paramagnetycznymi i diamagnetycznymi.

W ten sposób można wyróżnić dwa rodzaje substancji: paramagnetyczną i diamagnetyczną. W obecności pola magnetycznego, paramagnetyczne są przyciągane do strefy, w której natężenie pola jest większe. Zamiast tego diamagnetyki są przyciągane do obszaru pola, w którym intensywność jest najmniejsza.

W obecności pól magnetycznych materiały paramagnetyczne doświadczają tego samego rodzaju przyciągania i odpychania, co magnesy. Jednak gdy pole magnetyczne zanika, entropia kończy indukowane wyrównanie magnetyczne.

Innymi słowy, pola magnetyczne przyciągają materiały paramagnetyczne, chociaż nie stają się materiałami namagnesowanymi trwale. Niektóre przykłady substancji paramagnetycznych to między innymi: powietrze, magnez, platyna, aluminium, tytan, wolfram i lit.

Przyczyny

Paramagnetyzm wynika z faktu, że niektóre materiały składają się z atomów i cząsteczek, które mają trwałe momenty magnetyczne (lub dipole), nawet jeśli nie znajdują się w obecności pola magnetycznego.

Momenty magnetyczne są wywoływane przez spiny niesparowanych elektronów w metalach i innych materiałach, które mają właściwości paramagnetyczne.

W czystym paramagnetyzmie dipole nie oddziałują ze sobą, ale są zorientowane losowo przy braku zewnętrznego pola magnetycznego w wyniku mieszania termicznego. To generuje zerowy moment magnetyczny.

Jednak gdy przyłożone jest pole magnetyczne, dipole mają tendencję do ustawiania się w jednej linii z przyłożonym polem, co powoduje powstanie momentu magnetycznego netto w kierunku tego pola i sumowanie się z momentem pola zewnętrznego.

W obu przypadkach wyrównaniu dipoli można przeciwdziałać przez wpływ temperatury.

W ten sposób, gdy materiał jest podgrzewany, mieszanie termiczne jest w stanie przeciwdziałać wpływowi pola magnetycznego na dipole, a momenty magnetyczne zmieniają się w chaotyczny sposób, zmniejszając intensywność indukowanego pola.

Prawo Curiego

Prawo Curie zostało opracowane eksperymentalnie przez francuskiego fizyka Pierre'a Curie w 1896 roku. Można je zastosować tylko wtedy, gdy występują wysokie temperatury, a substancja paramagnetyczna jest w obecności słabych pól magnetycznych.

Dzieje się tak, ponieważ nie opisuje paramagnetyzmu, gdy duża część momentów magnetycznych jest wyrównana.

Prawo mówi, że namagnesowanie materiału paramagnetycznego jest wprost proporcjonalne do natężenia przyłożonego pola magnetycznego. To jest tak zwane prawo Curiego:

M = X ∙ H = CH / T

W powyższym wzorze M to namagnesowanie, H to gęstość strumienia magnetycznego przyłożonego pola magnetycznego, T to temperatura mierzona w stopniach Kelvina, a C to stała, która jest właściwa dla każdego materiału i nazywana jest stałą Curie.

Przestrzeganie prawa Curie pokazuje również, że namagnesowanie jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury. Z tego powodu, gdy materiał jest podgrzewany, dipole i momenty magnetyczne mają tendencję do utraty orientacji nabytej przez obecność pola magnetycznego.

Materiały paramagnetyczne

Materiały paramagnetyczne to wszystkie materiały, które mają przenikalność magnetyczną (zdolność substancji do przyciągania lub powodowania przejścia pola magnetycznego) podobną do przepuszczalności magnetycznej próżni. Takie materiały wykazują znikomy poziom ferromagnetyzmu.

W ujęciu fizycznym stwierdza się, że jego względna przenikalność magnetyczna (iloraz przepuszczalności materiału lub ośrodka i przepuszczalności próżni) jest w przybliżeniu równa 1, która jest przenikalnością magnetyczną próżni.

Wśród materiałów paramagnetycznych wyróżnia się szczególny rodzaj materiałów nazywany superparamagnetycznymi. Chociaż są zgodne z prawem Curie, materiały te mają dość wysoką wartość stałej Curie.

Różnice między paramagnetyzmem a diamagnetyzmem

To Michael Faraday we wrześniu 1845 r. Zdał sobie sprawę, że w rzeczywistości wszystkie materiały (nie tylko ferromagnetyczne) reagują na obecność pól magnetycznych.

W każdym razie prawda jest taka, że ​​większość substancji ma naturę diamagnetyczną, ponieważ pary sparowanych elektronów - a zatem o przeciwnym spinie - słabo faworyzują diamagnetyzm. Wręcz przeciwnie, tylko wtedy, gdy są niesparowane elektrony, pojawia się diamagnetyzm.

Zarówno materiały paramagnetyczne, jak i diamagnetyczne mają słabą podatność na pola magnetyczne, ale w pierwszym przypadku jest on dodatni, w drugim jest ujemny.

Materiały diamagnetyczne są lekko odpychane przez pole magnetyczne; z drugiej strony przyciągane są paramagnetyki, chociaż także z niewielką siłą. W obu przypadkach po usunięciu pola magnetycznego efekty namagnesowania zanikają.

Jak już wspomniano, zdecydowana większość pierwiastków tworzących układ okresowy jest diamagnetyczna. Tak więc przykładami substancji diamagnetycznych są woda, wodór, hel i złoto.

Aplikacje

Ponieważ materiały paramagnetyczne zachowują się podobnie jak próżnia przy braku pola magnetycznego, ich zastosowania w przemyśle są nieco ograniczone.

Jednym z najciekawszych zastosowań paramagnetyzmu jest elektroniczny rezonans paramagnetyczny (RPE), który jest szeroko stosowany w fizyce, chemii i archeologii. Jest to technika spektroskopii, za pomocą której można wykryć gatunki z niesparowanymi elektronami.

Technika ta jest stosowana między innymi w fermentacjach, w przemysłowym wytwarzaniu polimerów, przy zużyciu olejów silnikowych i przy produkcji piwa. Podobnie technika ta jest szeroko stosowana w datowaniu pozostałości archeologicznych.

Bibliografia

1. Paramagnetyzm (nd). W Wikipedii. Pobrane 24 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
2. Diamagnetyzm (nd). W Wikipedii. Pobrane 24 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
3. Paramagnetyzm (nd). W Wikipedii. Pobrane 24 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
4. Diamagnetyzm (nd). W Wikipedii. Pobrane 24 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
5. Chang, MC „Diamagnetyzm i paramagnetyzm” (PDF). Notatki z wykładów NTNU. Pobrane 25 kwietnia 2018 r.
6. Orchard, AF (2003) Magnetochemistry. Oxford University Press.