Przyczyny paramagnetyzmu, materiały paramagnetyczne, przykłady i różnice z diamagnetyzmem

The paramagnetyzm jest formą magnetyzmu, w którym pewne materiały są słabo przyciągane przez zewnętrzne pole magnetyczne i tworzą wewnętrzne pola magnetyczne indukowane w kierunku przyłożonego pola magnetycznego.

W przeciwieństwie do tego, co wielu ludzi często uważa, właściwości magnetyczne nie ograniczają się tylko do substancji ferromagnetycznych. Wszystkie substancje mają właściwości magnetyczne, choć w słabszej formie. Substancje te nazywane są paramagnetycznymi i diamagnetycznymi.

W ten sposób można wyróżnić dwa rodzaje substancji: paramagnetyczny i diamagnetyczny. W obecności pola magnetycznego te paramagnetyczne są przyciągane do obszaru, w którym natężenie pola jest większe. Natomiast diamagnetyczne są przyciągane do obszaru pola, w którym intensywność jest niższa.

W obecności pól magnetycznych materiały paramagnetyczne doświadczają tego samego rodzaju przyciągania i odpychania, jakich doświadczają magnesy. Jednakże, gdy pole magnetyczne znika, entropia kończy indukowane ustawienie magnetyczne.

Innymi słowy, materiały paramagnetyczne są przyciągane przez pola magnetyczne, chociaż nie są przekształcane w materiały trwale namagnesowane. Niektóre przykłady substancji paramagnetycznych to: powietrze, magnez, platyna, aluminium, tytan, wolfram i lit, między innymi.

Indeks

• 1 Przyczyny
  • 1.1 Prawo Curie
• 2 Materiały paramagnetyczne
• 3 Różnice między paramagnetyzmem a diamagnetyzmem
• 4 Aplikacje
• 5 referencji 

Przyczyny

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

Momenty magnetyczne są spowodowane spinami niesparowanych elektronów metali i innych materiałów o właściwościach paramagnetycznych.

W czystym paramagnetyzmie dipole nie oddziałują ze sobą, ale są zorientowane losowo pod nieobecność zewnętrznego pola magnetycznego w wyniku mieszania termicznego. Generuje moment zerowy magnetyczny.

Jednakże, gdy stosuje się pole magnetyczne, dipole dążą do wyrównania z zastosowanym polem, co powoduje moment magnetyczny netto w kierunku wspomnianego pola i dodanie do pola zewnętrznego..

W każdym przypadku wyrównaniu dipoli można przeciwdziałać przez wpływ temperatury.

W ten sposób, gdy materiał jest ogrzewany, mieszanie termiczne jest w stanie przeciwdziałać efektowi, jaki pole magnetyczne ma na dipole, a momenty magnetyczne są zmieniane w sposób chaotyczny, zmniejszając intensywność indukowanego pola.

Prawo Curie

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

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

Zgodnie z prawem magnetyzacja materiału paramagnetycznego jest wprost proporcjonalna do natężenia pola magnetycznego. Jest to tak zwane prawo Curie:

M = X ∙ H = C H / T

W poprzednim wzorze M jest magnetyzacją, H jest gęstością strumienia magnetycznego stosowanego pola magnetycznego, T jest temperaturą zmierzoną w kelwinach, a C jest stałą, która jest specyficzna dla każdego materiału i nazywana jest stałą Curie..

Z obserwacji prawa Curie wynika również, że namagnesowanie jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury. Z tego powodu, gdy materiał jest ogrzewany, dipole i momenty magnetyczne tracą orientację uzyskaną przez obecność pola magnetycznego..

Materiały paramagnetyczne

Materiały paramagnetyczne to wszystkie materiały o przenikalności magnetycznej (zdolność substancji do przyciągania lub przechodzenia przez pole magnetyczne) podobne do przenikalności magnetycznej próżni. Takie materiały wykazują pomijalny poziom ferromagnetyzmu.

Pod względem fizycznym stwierdzono, że jego względna przenikalność magnetyczna (iloraz przepuszczalności materiału lub ośrodka i przepuszczalności próżni) jest w przybliżeniu równa 1, co jest przenikalnością magnetyczną próżni.

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

Różnice między paramagnetyzmem a diamagnetyzmem

To Michael Faraday, który we wrześniu 1845 roku zdał sobie sprawę, że w rzeczywistości wszystkie materiały (nie tylko ferromagnetyki) reagują w obecności pól magnetycznych.

W każdym razie prawda jest taka, że ​​większość substancji ma charakter diamagnetyczny, ponieważ pary elektronów sparowane - a zatem o przeciwnym spinie - słabo faworyzują diamagnetyzm. Przeciwnie, tylko gdy występują niesparowane elektrony, pojawia się diamagnetyzm.

Zarówno materiały paramagnetyczne, jak i diamagnetyczne mają słabą podatność na pola magnetyczne, ale podczas gdy w pierwszym są dodatnie w tym drugim, są ujemne.

Materiały diamagnetyczne są lekko odpychane przez pole magnetyczne; Z drugiej strony, te paramagnetyczne są przyciągane, choć także z niewielką siłą. W obu przypadkach, po usunięciu pola magnetycznego, efekty magnetyzacji znikają.

Jak już powiedziano, ogromna większość elementów składających się na układ okresowy jest diamagnetyczna. Tak więc przykładami substancji diamagnetycznych są woda, wodór, hel i złoto.

Aplikacje

Ponieważ materiały paramagnetyczne mają zachowanie podobne do próżni 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 spektroskopowa, w której możliwe jest wykrywanie gatunków z niesparowanymi elektronami.

Technika ta jest stosowana w fermentacjach, w przemysłowej produkcji polimerów, do zużycia olejów silnikowych i do produkcji piw, między innymi. W ten sam sposób ta technika jest szeroko stosowana w datowaniu pozostałości archeologicznych.

Referencje

1. Paramagnetyzm (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 24 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
2. Diamagnetyzm (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 24 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
3. Paramagnetyzm (n.d.). W Wikipedii. Źródło: 24 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
4. Diamagnetyzm (n.d.). W Wikipedii. Źródło: 24 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
5. Chang, M. C. „Diamagnetyzm i paramagnetyzm” (PDF). Notatki z wykładów NTNU. Pobrane 25 kwietnia 2018 roku.
6. Orchard, A. F. (2003) Magnetochemia. Oxford University Press.