DIJAMAGNETIZAM: MATERIJALI, APLIKACIJE, PRIMJERI - FIZIČKA - 2024

Diamagnetism je jedan od odgovora je stvar u prisutnosti vanjskog magnetskog polja. Karakterizira ga suprotno ili suprotno ovom magnetskom polju i obično, osim ako nije jedini magnetski odgovor materijala, njegov je intenzitet najslabiji od svih.

Kad je odbojni učinak jedini koji materijal predstavlja magnetu, materijal se smatra dijamagnetskim. Ako prevladavaju drugi magnetski učinci, ovisno o tome o čemu se radi, smatrat će se paramagnetskim ili feromagnetskom.

Komad bizmuta, dijamagnetski materijal. Izvor: Pixabay.

Sebald Brugmans pripisuje se 1778. godine za prvo pominjanje odbojnosti između bilo kojeg pola magneta i komada materijala, posebno vidljivog u elementima kao što su bizmut i antimon.

Kasnije, 1845., Michael Faraday je pomnije proučavao taj efekt i zaključio da je on svojstveno svojstvo sve materije.

Dijagnostički materijali i njihov odgovor

Magnetsko ponašanje bizmuta i antimona i drugih, poput zlata, bakra, helija i tvari poput vode i drva, uvelike se razlikuje od poznate snažne magnetske privlačnosti koju magneti djeluju na željezo, nikl ili kobalt.

Iako je reakcija niskog intenziteta općenito, suočena s dovoljno intenzivnim vanjskim magnetskim poljem, svaki dijamagnetski materijal, čak i živa organska tvar, može doživjeti vrlo nevjerojatnu suprotnu magnetizaciju.

Stvarajući magnetska polja jaka čak 16 Tesla (već se 1 Tesla smatra prilično jakim), istraživači Nijmegen Laboratorija za magnetske magnetske polja u Amsterdamu u Nizozemskoj uspjeli su magnetsko levitati jagode, pizze i žabe u 1990-ima.

Moguće je i levitalizirati mali magnet između prstiju osobe zahvaljujući dijamagnetizmu i dovoljno jakom magnetskom polju. Magnetsko polje samo po sebi stvara magnetsku silu koja može silom privući mali magnet i možete pokušati učiniti da ta sila nadoknadi težinu, međutim mali magnet ne ostaje vrlo stabilan.

Čim osjeti minimalno pomicanje, sila koju vrši veliki magnet brzo ga privlači. Međutim, kada ljudski prsti dođu između magneta, mali se magnet stabilizira i levitatira između palca i kažiprsta osobe. Čarolija nastaje zbog efekta odbojnosti uzrokovanog dijamagnetizmom prstiju.

Koje je izvor magnetskog odgovora u materiji?

Izvor dijamagnetizma, koji je temeljni odgovor bilo koje tvari na djelovanje vanjskog magnetskog polja, leži u činjenici da su atomi sastavljeni od subatomskih čestica koje imaju električni naboj.

Te čestice nisu statične i njihovo kretanje je odgovorno za stvaranje magnetskog polja. Naravno, materija ih je puna i uvijek možete očekivati ​​neku vrstu magnetskog odziva u bilo kojem materijalu, a ne samo željeznim spojevima.

Elektroni su prvenstveno odgovorni za magnetska svojstva materije. U vrlo jednostavnom modelu može se pretpostaviti da ta čestica orbitira atomskim jezgrom jednoličnim kružnim pokretima. To je dovoljno da se elektron ponaša poput sićušne petlje struje koja može stvoriti magnetsko polje.

Magnetiziranje iz ovog efekta naziva se magnetizacija orbita. Ali elektron ima dodatni doprinos magnetizmu atoma: svojstveni zamah zamaha.

Analogija opisivanja podrijetla intrinzičnog zamaha je pretpostavka da elektron ima rotacijsko gibanje oko svoje osi, svojstvo koje se naziva spin.

Budući da je pokret i biti nabijena čestica, spin također pridonosi takozvanoj magnetizaciji spina.

Oba doprinosa stvaraju neto ili rezultirajuću magnetizaciju, no najvažnije je upravo to zbog zavrtanja. Protoni u jezgri, unatoč električnom naboju i centrifugiranju, ne doprinose značajno magnetizaciji atoma.

U dijamagnetskim materijalima rezultirajuća magnetizacija je nula, budući da se doprinosi i orbitalnog trenutka i onoga od spin momenta otkazuju. Prva zbog Lenzovog zakona, a druga, jer su se elektroni u orbitalima uspostavili u parovima sa suprotnim spinom, a ljuske su ispunjene s parnim brojem elektrona.

Magnetizam u materiji

Dijagnostički učinak nastaje kada na magnetizaciju orbite utječe vanjsko magnetsko polje. Tako dobivena magnetizacija označena je s M i vektor je.

Bez obzira na to gdje se polje usmjerava, dijamagnetski odgovor uvijek će biti odbojan zahvaljujući Lenzovom zakonu, koji kaže da se inducirana struja protivi svakoj promjeni magnetskog toka kroz petlju.

Ali ako materijal sadrži neku vrstu trajne magnetizacije, odgovor će biti privlačnost, takav je slučaj paramagnetizma i feromagnetizma.

Za kvantificiranje djelovanja opisani u obzir vanjskog magnetskog polja H, primjenjuje na izotropni materijal (svojstva su isti u bilo kojem prostoru), unutar koje je magnetizacija M potječe. Kao posljedica toga, unutar magnetske indukcije stvorio B, kao posljedica interakcije koje se javlja između H i M.

Sve su ove količine vektorske. B i M proporcionalni su s H, budući da su propusnost materijala μ i magnetska osjetljivost χ, odgovarajuće konstante proporcionalnosti, koje pokazuju koji je poseban odgovor tvari na vanjski magnetski utjecaj:

B = μ H

Magnetizacija materijala također će biti proporcionalna H:

M = χ H

Gore navedene jednadžbe vrijede u sustavu cgs. I B i H i M imaju iste dimenzije, iako su različite jedinice. Za B se u ovom sustavu upotrebljavaju plinovi, a za H koristi se oester. Razlog za to je razlikovanje polja koje se primjenjuje izvana od polja koje se stvara unutar materijala.

U Međunarodnom sustavu, koji se najčešće koristi, prva jednadžba poprima nešto drugačiji izgled:

B = μ _ili μ _r H

μ _o je magnetska propusnost praznog prostora koja je ekvivalentna 4π x 10-7 Tm / A (Teslametar / Ampere), a μ _r je relativna propusnost medija u odnosu na vakuum, koja je bez dimenzija.

U pogledu magnetske osjetljivosti χ, koja je najprikladnija karakteristika za opisivanje dijamagnetičkih svojstava materijala, ova se jednadžba piše ovako:

B = (l + χ) μ _ili H

Sa µ _r = 1 + χ

U međunarodnom sustavu B dolazi u Tesli (T), dok se H izražava u Amperu / metru, jedinici koja se nekoć zvala Lenz, ali koja je do sada ostala u smislu temeljnih jedinica.

Kod onih materijala u kojima je χ negativan, smatraju se dijamagnetskim. I dobar je parametar okarakterizirati ove tvari, jer se χ u njima može smatrati konstantnom vrijednošću neovisnom o temperaturi. To se ne odnosi na materijale koji imaju više magnetskih reakcija.

Obično je χ u redoslijedu od -10 ^-6 do -10 ^-5. Za superprevodnike je karakteristično da imaju χ = -1, pa se unutarnje magnetsko polje potpuno poništava (Meisnerov učinak).

Savršeni su dijamagnetički materijali u kojima dijamagnetizam prestaje biti slab odgovor i postaje dovoljno jak za levitaciju predmeta, kako je opisano na početku.

Primjene: magneto-encefalografija i obrada vode

Živa bića su sačinjena od vode i organske materije, čiji je odgovor na magnetizam općenito slab. Međutim, dijamagnetizam, kao što smo rekli, je unutrašnji dio materije, uključujući organsku tvar.

Male električne struje kruže unutar ljudi i životinja koje nesumnjivo stvaraju magnetski efekt. U ovom trenutku, dok čitatelj svojim očima prati te riječi, u njegovom mozgu kruže male električne struje koje mu omogućavaju pristup i tumačenje informacija.

Otkriva se slaba magnetizacija koja se događa u mozgu. Tehnika je poznata kao magneto-encefalografija koja koristi detektore nazvane SQUIDs (superprevodni uređaji za kvantnu interferenciju) za otkrivanje vrlo malih magnetskih polja, reda od 10 do ¹⁵ T.

SQUID-ovi su sposobni locirati izvore moždane aktivnosti s velikom preciznošću. Softver je odgovoran za prikupljanje dobivenih podataka i njihovo pretvaranje u detaljnu kartu moždanih aktivnosti.

Vanjska magnetska polja mogu na određeni način utjecati na mozak. Koliko? Neka nedavna istraživanja pokazala su da prilično intenzivno magnetsko polje, oko 1 T, može utjecati na parietalni režanj, na trenutak prekinuti dio moždane aktivnosti.

Ostali, s druge strane, u kojima su dobrovoljci proveli 40 sati unutar magneta koji proizvodi 4 T intenziteta, ostali su bez trpljenih negativnih efekata. Sveučilište u Ohiju barem je pokazalo da do sada nema rizika od boravka unutar polja od 8 T.

Neki organizmi poput bakterija mogu ugraditi male kristale magnetita i koristiti ih za orijentaciju unutar magnetskog polja Zemlje. Magnetit je pronađen i u složenijim organizmima kao što su pčele i ptice, koji bi ga koristili u istu svrhu.

Postoje li magnetski minerali u ljudskom tijelu? Da, magnetit je pronađen u ljudskom mozgu, iako je nepoznato u koju je svrhu tamo. Moglo bi se nagađati da je ovo zastarjela vještina.

Što se tiče obrade vode, ona se temelji na činjenici da su sedimenti u osnovi dijamagnetske tvari. Jaka magnetska polja mogu se koristiti za uklanjanje sedimenata kalcijevog karbonata, gipsa, soli i drugih tvari koje uzrokuju tvrdoću u vodi i akumuliraju se u cijevima i spremnicima.

To je sustav s mnogim prednostima za očuvanje okoliša i održavanje cijevi u ispravnom stanju dulje vrijeme i s niskim troškovima.

Reference

1. Eisberg, R. 1978. Kvantna fizika. Limusa. 557 -577.
2. Mladi, Hugh. 2016. Sveučilišna fizika Sears-Zemansky s modernom fizikom. 14. izd. Pearson. 942
3. Zapata, F. (2003). Proučavanje mineralogija povezanih s naftom bušotine Guafita 8x koje pripada polju Guafita (stanje Apure) primjenom Mossbauerove magnetske osjetljivosti i spektroskopske mjere. Diplomski rad. Središnje sveučilište u Venezueli.