PARAMAGNETIZAM: UZROCI, PARAMAGNETNI MATERIJALI, PRIMJERI - FIZIČKA - 2024

Paramagnetizam je oblik magnetizma koje pojedini materijali slabo privlači vanjskog magnetskog polja i formiraju unutarnje magnetska polja koja nastaju u smjeru primijenjenog magnetskog polja.

Suprotno onome što mnogi ljudi često misle, magnetska svojstva nisu ograničena samo na feromagnetske tvari. Sve tvari imaju magnetska svojstva, čak i na slabiji način. Te se tvari nazivaju paramagnetske i dijamagnetske.

Na taj se način mogu razlikovati dvije vrste tvari: paramagnetska i dijamagnetska. U prisutnosti magnetskog polja, paramagnetike privlači područje gdje je intenzitet polja najveći. Umjesto toga, dijamagnetiku privlači područje polja u kojem je intenzitet najniži.

Kad u magnetskom polju, paramagnetni materijali doživljavaju istu vrstu privlačnosti i odbojnosti kao i magneti. Međutim, kad magnetsko polje nestane, entropija završava inducirano magnetsko poravnanje.

Drugim riječima, paramagnetne materijale privlače magnetska polja, iako ne postaju trajno magnetizirani materijali. Neki primjeri paramagnetnih tvari su: zrak, magnezij, platina, aluminij, titan, volfram i litij.

uzroci

Paramagnetizam nastaje zbog činjenice da se određeni materijali sastoje od atoma i molekula koji imaju trajne magnetske momente (ili dipole), čak i kada nisu u magnetskom polju.

Magnetski momenti uzrokovani su vrtljajima nesparenih elektrona u metalima i drugim materijalima koji imaju paramagnetska svojstva.

U čistom paramagnetizmu, dipoli ne djeluju međusobno, već su nasumično orijentirani u odsutnosti vanjskog magnetskog polja kao posljedice toplinske miješanja. Ovo stvara nulti magnetski trenutak.

Međutim, kada se primijeni magnetsko polje, dipoli se teže poravnati s primijenjenim poljem, što rezultira neto magnetskim trenutkom u smjeru tog polja i dodavanjem onom vanjskog polja.

U oba slučaja, poravnavanje dipola može biti poništeno utjecajem temperature.

Na taj način, kada se materijal zagrijava, toplinsko miješanje može suzbiti učinak magnetskog polja na dipole i magnetski se trenuci preusmjeravaju na kaotičan način, smanjujući intenzitet induciranog polja.

Curieov zakon

Curieov zakon eksperimentalno je razvio francuski fizičar Pierre Curie 1896. Primjenjuje se samo ako su prisutne visoke temperature i paramagnetna tvar u prisutnosti slabih magnetskih polja.

To je zato što ne uspijeva opisati paramagnetizam kada je veliki dio magnetskih trenutaka poravnan.

Zakon kaže da je magnetizacija paramagnetnog materijala izravno proporcionalna intenzitetu primijenjenog magnetskog polja. To je ono što je poznato kao Curieov zakon:

M = X ∙ H = CH / T

U gornjoj formuli M je magnetizacija, H je gustoća magnetskog toka primijenjenog magnetskog polja, T je temperatura izmjerena u stupnjevima Kelvina i C je konstanta specifična za svaki materijal i naziva se Curie konstanta.

Promatranje Curieova zakona također pokazuje da je magnetiziranje obrnuto proporcionalno temperaturi. Iz tog razloga, kada se materijal zagrijava, dipoli i magnetski momenti teže gube orijentaciju stečenu prisutnošću magnetskog polja.

Paramagnetni materijali

Paramagnetni materijali su svi oni materijali s magnetskom propusnošću (sposobnost neke tvari da privlači ili prouzrokuje magnetsko polje da prođe kroz nju) slično magnetskoj propusnosti vakuuma. Takvi materijali pokazuju zanemarivu razinu feromagnetizma.

U fizičkom smislu, navedeno je da je njegova relativna magnetska propusnost (kvocijent između propusnosti materijala ili medija i propusnosti vakuuma) približno jednaka 1, što je magnetska propusnost vakuuma.

Među paramagnetnim materijalima postoji posebna vrsta materijala koja se naziva superparamagnetskim. Iako slijede Curieov zakon, ovi materijali imaju prilično veliku vrijednost Curieine konstante.

Razlike između paramagnetizma i dijamagnetizma

Michael Faraday je u rujnu 1845. shvatio da u stvarnosti svi materijali (ne samo feromagnetski) reagiraju na prisutnost magnetskih polja.

U svakom slučaju, istina je da većina tvari ima dijamagnetički karakter, budući da parovi uparenih elektrona - i, prema tome, s suprotnim spinovima - slabo favoriziraju dijamagnetizam. Naprotiv, dijamagnetizam se javlja samo kad postoje nespareni elektroni.

I paramagnetni i dijamagnetski materijal ima slabu osjetljivost na magnetska polja, ali dok je u prvom pozitivan, u drugom je negativan.

Dijagnostički materijali magnetsko polje malo odbijaju; s druge strane, paramagnetika privlači, iako i s malo sile. U oba slučaja, kada se ukloni magnetsko polje, učinci magnetizacije nestaju.

Kao što je već spomenuto, velika većina elemenata koji čine periodičnu tablicu su dijamagnetski. Tako su primjeri dijamagnetičkih tvari voda, vodik, helij i zlato.

Prijave

Budući da paramagnetni materijali imaju slično ponašanje u usisavanju u odsutnosti magnetskog polja, njihova primjena u industriji je pomalo ograničena.

Jedna od najzanimljivijih primjena paramagnetizma je elektronička paramagnetička rezonanca (RPE) koja se široko koristi u fizici, kemiji i arheologiji. To je tehnika spektroskopije pomoću koje je moguće detektirati vrste s neparnim elektronima.

Ova se tehnika primjenjuje u fermentacijama, industrijskoj proizvodnji polimera, trošenju motornih ulja i proizvodnji piva, između ostalih područja. Slično tome, ova se tehnika široko koristi u datiranju arheoloških ostataka.

Reference

1. Paramagnetizam (drugi). U Wikipediji. Preuzeto 24. travnja 2018. s es.wikipedia.org.
2. Dijamagnetizam (drugi). U Wikipediji. Preuzeto 24. travnja 2018. s es.wikipedia.org.
3. Paramagnetizam (drugi). U Wikipediji. Preuzeto 24. travnja 2018. s en.wikipedia.org.
4. Dijamagnetizam (drugi). U Wikipediji. Preuzeto 24. travnja 2018. s en.wikipedia.org.
5. Chang, MC „Dijagnetizam i paramagnetizam“ (PDF). Bilješke s predavanja NTNU-a. Preuzeto 25. travnja 2018. godine.
6. Orchard, AF (2003) Magnetokemija. Oxford University Press.