Причини парамагнетизму, парамагнітні матеріали, приклади та відмінності з діамагнетизмом

The парамагнетизм є формою магнетизму, в якій деякі матеріали слабо притягуються зовнішнім магнітним полем і утворюють внутрішні магнітні поля, індуковані в напрямку прикладеного магнітного поля.

Всупереч тому, що багато хто часто думає, магнітні властивості не зводяться тільки до феромагнітних речовин. Всі речовини мають магнітні властивості, хоча і в більш слабкій формі. Ці речовини називаються парамагнітними і діамагнітними.

Таким чином можна виділити два типи речовин: парамагнітний і діамагнітний. При наявності магнітного поля парамагнітні притягуються до області, де інтенсивність поля більша. Навпаки, діамагнітні притягуються до області поля, в якій інтенсивність нижче.

Коли в присутності магнітних полів парамагнітні матеріали відчувають той самий вид тяжіння і відштовхування, що відчуваються магнітами. Однак, коли магнітне поле зникає, ентропія закінчується індукованим магнітним вирівнюванням.

Іншими словами, парамагнітні матеріали притягуються магнітними полями, хоча вони не перетворюються на постійно намагнічені матеріали. Прикладами парамагнітних речовин є: повітря, магній, платина, алюміній, титан, вольфрам і літій.

Індекс

• 1 Причини
  • 1.1 Закон Кюрі
• 2 Парамагнітні матеріали
• 3 Відмінності між парамагнетизмом і діамагнетизмом
• 4 Програми
• 5 Посилання 

Причини

Парамагнетизм обумовлений тим, що деякі матеріали складаються з атомів і молекул, які мають постійний магнітний момент (або диполі), навіть якщо вони не знаходяться в присутності магнітного поля.

Магнітні моменти обумовлені спінами неспарених електронів металів та інших матеріалів, що мають парамагнітні властивості.

У чистому парамагнетизмі диполи не взаємодіють один з одним, а орієнтовані випадково за відсутності зовнішнього магнітного поля внаслідок теплового збудження. Це генерує нульовий магнітний момент.

Однак, коли застосовується магнітне поле, диполи прагнуть вирівнюватися з прикладеним полем, внаслідок чого відбувається сітковий магнітний момент у напрямку зазначеного поля і додавання до зовнішнього поля..

У будь-якому випадку вирівнювання диполів може протидіяти впливу температури.

Таким чином, при нагріванні матеріалу термічне перемішування здатне протидіяти впливу магнітного поля на диполі, а магнітні моменти переорієнтовані хаотичним способом, зменшуючи інтенсивність індукованого поля..

Закон Кюрі

Закон Кюрі був розроблений експериментально французьким фізиком П'єром Кюрі в 1896 році. Він може застосовуватися тільки тоді, коли присутні високі температури і парамагнітне речовина знаходиться в присутності слабких магнітних полів..

Це відбувається тому, що воно не описує парамагнетизм, коли велика частина магнітних моментів вирівнюється.

Закон говорить, що намагніченість парамагнітного матеріалу прямо пропорційна прикладеній напруженості магнітного поля. Це те, що називається законом Кюрі:

M = X = H = C H / T

У попередній формулі M - намагніченість, H - густина магнітного потоку прикладеного магнітного поля, T - температура, виміряна в кельвінах, а C - константа, специфічна для кожного матеріалу, і називається постійною Кюрі..

Зі спостереження закону Кюрі також випливає, що намагніченість обернено пропорційна температурі. З цієї причини при нагріванні матеріалу диполи і магнітні моменти схильні втрачати орієнтацію, отриману при наявності магнітного поля..

Парамагнітні матеріали

Парамагнітними матеріалами є всі ті матеріали з магнітною проникністю (здатність речовини притягувати або змушувати його проходити через магнітне поле), аналогічні магнітній проникності вакууму. Такі матеріали показують незначний рівень феромагнетизму.

У фізичних термінах зазначено, що його відносна магнітна проникність (фактор між проникністю матеріалу або середовища і проникністю вакууму) приблизно дорівнює 1, що є магнітною проникністю вакууму..

Серед парамагнітних матеріалів існує певний тип матеріалів, який називається суперпарамагнітним. Хоча вони і дотримуються закону Кюрі, ці матеріали мають досить високу постійну величину Кюрі.

Відмінності між парамагнетизмом і діамагнетизмом

Саме Майкл Фарадей у ​​вересні 1845 року зрозумів, що насправді всі матеріали (не тільки феромагнетики) реагують при наявності магнітних полів..

У будь-якому випадку, істина полягає в тому, що більшість речовин мають діамагнітний характер, оскільки пари електронів у парі - і, отже, з протилежним спином - слабко сприяють діамагнетизму. Навпаки, тільки коли є непарні електрони, відбувається діамагнетизм.

Як парамагнітні, так і діамагнітні матеріали мають слабку сприйнятливість до магнітних полів, але в першому вона позитивна в останньому, вона негативна.

Діамагнітні матеріали злегка відштовхуються магнітним полем; З іншого боку, парамагнітні притягуються, хоча і з невеликою силою. В обох випадках, коли магнітне поле видалено, ефекти намагніченості зникають.

Як вже було сказано, переважна більшість елементів, що складають періодичну таблицю, є діамагнітними. Таким чином, прикладами діамагнітних речовин є вода, водень, гелій і золото.

Програми

Оскільки парамагнітні матеріали мають вакуум-подібну поведінку при відсутності магнітного поля, їх застосування в промисловості дещо зменшено.

Одним з найбільш цікавих застосувань парамагнетизму є електронний парамагнітний резонанс (РПЕ), який широко використовується в фізиці, хімії та археології. Це спектроскопічна техніка, за допомогою якої можна виявити види з непарними електронами.

Ця методика застосовується у ферментації, у промисловому виробництві полімерів, для зносу моторних масел і у виробництві пива, серед інших областей. Таким же чином ця методика широко використовується в датуваннях археологічних залишків.

Список літератури

1. Парамагнетизм (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
2. Діамагнетизм (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
3. Парамагнетизм (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
4. Діамагнетизм (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
5. Chang, M. C. "Діамагнетизм і парамагнетизм" (PDF). Нотатки НТНУ. Отримано 25 квітня 2018 року.
6. Орчард, А. Ф. (2003) Магнітохімія. Oxford University Press.