Paramagnetisme: Årsaker, Paramagnetiske Materialer, Eksempler og Forskjeller med Diamagnetisme

Paramagnetisme er en form for magnetisme hvor visse materialer er svakt tiltrukket av et eksternt magnetfelt og danner interne magnetfelter indusert i retning av det påførte magnetfelt.

I motsetning til det mange tror ofte, blir magnetiske egenskaper ikke bare redusert til ferromagnetiske stoffer. Alle stoffer har magnetiske egenskaper, om enn i svakere form. Disse stoffene kalles paramagnetisk og diamagnetisk.

På denne måten kan to typer stoffer skiller seg ut: paramagnetisk og diamagnetisk. I nærvær av et magnetfelt tiltrekkes de paramagnetiske seg mot området der intensiteten av feltet er større. På den annen side tiltrekkes de diamagnetiske områdene i feltet der intensiteten er lavere.

Når de magnetiske feltene er til stede, opplever paramagnetiske materialer den samme typen tiltrengning og frastøtelse som oppleves av magneter. Når magnetfeltet forsvinner, slutter entropien imidlertid den magnetiske innretningen som ble indusert.

Med andre ord tiltrekkes paramagnetiske materialer av magnetfelt, selv om de ikke forvandles til permanentmagnetiserte materialer. Noen eksempler på paramagnetiske stoffer er blant annet luft, magnesium, platina, aluminium, titan, wolfram og litium.

årsaker

Paramagnetisme skyldes at visse materialer består av atomer og molekyler som har permanente magnetiske øyeblikk (eller dipoler), selv når de ikke er i nærvær av et magnetfelt.

De magnetiske øyeblikkene kommer fra spinnene til de uparbeide elektronene av metaller og andre materialer som har paramagnetiske egenskaper.

I ren paramagnetisme samvirker dipolene ikke med hverandre, men er orientert tilfeldig i fravær av et eksternt magnetfelt som følge av termisk omrøring. Dette genererer et nullmagnetisk øyeblikk.

Når et magnetfelt påføres, har imidlertid dipolene en tendens til å ligge i linje med det påførte felt, hvilket resulterer i et nettmagnetisk moment i retning av feltet og tilsettes til det ytre felt.

I alle fall kan justeringen av dipolene motvirkes av effekten av temperatur.

På denne måten, når materialet oppvarmes, er termisk agitasjon i stand til å motvirke effekten som magnetfeltet har på dipolene, og de magnetiske øyeblikkene omorganiseres på kaotisk måte, og reduserer intensiteten av det induserte feltet.

Curies lov

Curies lov ble utviklet eksperimentelt av den franske fysikeren Pierre Curie i år 1896. Den kan bare brukes når høye temperaturer oppstår, og det paramagnetiske stoffet er i nærvær av svake magnetfelt.

Dette er fordi det ikke beskriver paramagnetismen når en stor del av magnetmomentene er justert.

Loven sier at magnetiseringen av det paramagnetiske materialet er direkte proporsjonalt med den påførte magnetiske feltstyrken. Det er det som kalles Curies lov:

M = X ∙ H = CH / T

I den forrige formelen er M magnetiseringen, H er magnetfluidets tetthet av det påførte magnetfeltet, T er temperaturen målt i grader Kelvin og C er en konstant som er spesifikk for hvert materiale og kalles Curie konstanten.

Fra observasjonen av Curies lov følger det også at magnetisering er omvendt proporsjonal med temperaturen. Av denne grunn, når materialet er oppvarmet, har dipolene og de magnetiske øyeblikkene en tendens til å miste orienteringen som er oppnådd ved tilstedeværelsen av magnetfeltet.

Paramagnetiske materialer

De paramagnetiske materialene er alle de materialene med magnetisk permeabilitet (kapasitet av et stoff for å tiltrekke seg eller gjøre det passere gjennom et magnetfelt) som ligner magnetens permeabilitet av vakuumet. Slike materialer viser et ubetydelig nivå av ferromagnetisme.

Fysisk sett er det oppgitt at dens relative magnetiske permeabilitet (kvotient mellom permeabiliteten av materialet eller mediumet og permeabiliteten av vakuumet) er omtrent like 1 som er magnetisk permeabilitet av vakuumet.

Blant paramagnetiske materialer er det en bestemt type materialer som kalles superparamagnetic. Selv om de følger Curie Law, har disse materialene en ganske høy Curie konstant verdi.

Forskjeller mellom paramagnetisme og diamagnetisme

Det var Michael Faraday som i september 1845 innså at i virkeligheten alle materialer (ikke bare ferromagneter) reagerer på tilstedeværelsen av magnetfelt.

I alle fall er sannheten at de fleste stoffer har diamagnetisk karakter, siden par av elektroner paret - og derfor med motsatt snurr - favoriserer diamagnetisme. Tvert imot forekommer diamagnetisme bare når det er uparerte elektroner.

Både paramagnetiske og diamagnetiske materialer har en svak følsomhet for magnetfelt, men i det førstnevnte er det positivt i sistnevnte, det er negativt.

De diamagnetiske materialene er litt avstøt av et magnetfelt; På den annen side tiltrekkes de paramagnetiske, selv om de også har liten styrke. I begge tilfeller, når magnetfeltet fjernes, forsvinner magnetiseringens effekter.

Som det allerede er sagt, er det store flertallet av elementene som utgjør det periodiske tabellen diamagnetiske. Dermed er eksempler på diamagnetiske stoffer vann, hydrogen, helium og gull.

søknader

Siden paramagnetiske materialer har en vakuumlignende oppførsel i fravær av et magnetfelt, blir deres anvendelser i bransjen noe redusert.

En av de mest interessante anvendelsene av paramagnetisme er den elektroniske paramagnetiske resonansen (RPE), som er mye brukt i fysikk, kjemi og arkeologi. Det er en spektroskopisk teknikk som det er mulig å oppdage arter med uparrede elektroner.

Denne teknikken anvendes i fermenteringer, i industriell fremstilling av polymerer, for slitasje av motoroljer og ved fremstilling av øl, blant andre områder. På samme måte er denne teknikken mye brukt i dating av arkeologiske gjenstander.