PARAMAGNETIZEM: VZROKI, PARAMAGNETNI MATERIALI, PRIMERI - FIZIČNO - 2026

Paramagnetizem je oblika magnetizma, ki so določeni materiali šibko privlači zunanjega magnetnega polja in oblikuje notranje magnetnih polj, ki nastajajo v smeri magnetnega polja.

V nasprotju s tem, kar si mnogi pogosto mislijo, magnetne lastnosti niso omejene samo na feromagnetne snovi. Vse snovi imajo magnetne lastnosti, tudi na šibkejši način. Te snovi imenujemo paramagnetne in diamagnetne.

Na ta način lahko ločimo dve vrsti snovi: paramagnetno in diamagnetno. V prisotnosti magnetnega polja se paramagnetne pritegnejo proti območju, kjer je intenzivnost polja večja. Namesto tega diamagnetiko privlači območje polja, kjer je intenzivnost najnižja.

Kadar v prisotnosti magnetnih polj paramagnetni materiali doživljajo enako vrsto privlačnosti in odbojnosti, kot jo doživljajo magneti. Ko pa magnetno polje izgine, entropija zaključi magnetno poravnavo, ki je bila povzročena.

Z drugimi besedami, paramagnetne materiale privlačijo magnetna polja, čeprav ne postanejo trajno magnetizirani materiali. Nekaj ​​primerov paramagnetnih snovi so: zrak, magnezij, platina, aluminij, titan, volfram in litij.

Vzroki

Paramagnetizem je posledica dejstva, da določene materiale sestavljajo atomi in molekule, ki imajo trajne magnetne trenutke (ali dipole), tudi kadar niso v magnetnem polju.

Magnetne trenutke povzročajo vrtenja neprimernih elektronov v kovinah in drugih materialih, ki imajo paramagnetne lastnosti.

V čistem paramagnetizmu dipoli ne delujejo med seboj, ampak so orientirani naključno v odsotnosti zunanjega magnetnega polja kot posledica toplotne mešanja. To ustvari ničelni magnetni moment.

Toda, ko se uporabi magnetno polje, se dipoli ponavadi poravnajo z uporabljenim poljem, kar ima za posledico neto magnetni moment v smeri tega polja in dodajanje k zunanjemu polju.

V obeh primerih lahko poravnavo dipolov preprečimo zaradi vpliva temperature.

Na ta način toplotno mešanje lahko prepreči učinek, ki ga ima magnetno polje na dipole in se magnetni trenutki preusmerijo na kaotičen način, zmanjša intenzivnost induciranega polja.

Curiejev zakon

Curiejev zakon je eksperimentalno razvil francoski fizik Pierre Curie leta 1896. Uporabljati ga je mogoče le, če so prisotne visoke temperature in je paramagnetna snov v prisotnosti šibkih magnetnih polj.

To je tako, ker ne opisuje paramagnetizma, ko je velik del magnetnih trenutkov poravnan.

Zakon pravi, da je magnetizacija paramagnetnega materiala neposredno sorazmerna z intenzivnostjo uporabljenega magnetnega polja. To je tisto, kar je znano kot Curiejev zakon:

M = X ∙ H = CH / T

V zgornji formuli M je magnetizacija, H je gostota magnetnega pretoka uporabljenega magnetnega polja, T je temperatura, izmerjena v stopinjah Kelvina in C je konstanta, ki je značilna za vsak material in se imenuje Curiejeva konstanta.

Upoštevanje Curiejevega zakona tudi kaže, da je magnetizacija obratno sorazmerna s temperaturo. Zaradi tega se pri segrevanju materiala dipoli in magnetni momenti izgubijo orientacije, pridobljene s prisotnostjo magnetnega polja.

Paramagnetni materiali

Paramagnetni materiali so vsi tisti materiali z magnetno prepustnostjo (sposobnost snovi, da privlači ali povzroči, da magnetno polje prehaja skozi), podobno magnetni prepustnosti vakuuma. Takšni materiali kažejo zanemarljivo raven feromagnetizma.

V fizičnem smislu je navedeno, da je njegova relativna magnetna prepustnost (količnik med prepustnostjo materiala ali medija in prepustnostjo vakuuma) približno enaka 1, kar je magnetna prepustnost vakuuma.

Med paramagnetnimi materiali obstaja posebna vrsta materialov, ki se imenuje superparamagnetična. Čeprav sledijo Curiejevemu zakonu, imajo ti materiali precej visoko vrednost konstante Curie.

Razlike med paramagnetizmom in diamagnetizmom

Michael Faraday je septembra 1845 ugotovil, da v resnici vsi materiali (ne le feromagnetni) reagirajo na prisotnost magnetnih polj.

Vsekakor je resnica, da je večina snovi diamagnetne narave, saj pari seznanjenih elektronov - in s tem z nasprotnim spinom - šibko podpirajo diamagnetizem. Nasprotno, diamagnetizem se pojavi le, kadar obstajajo parni elektroni.

Tako paramagnetni kot diamagnetni materiali imajo šibko dovzetnost za magnetna polja, vendar je v prvih pozitiven, v drugem pa negativen.

Diamagnetne materiale magnetno polje rahlo odbija; po drugi strani pa paramagnetika privlači, čeprav tudi z malo sile. V obeh primerih, ko odstranimo magnetno polje, učinki magnetizacije izginejo.

Kot smo že omenili, je velika večina elementov, ki sestavljajo periodično tabelo, diamagnetna. Tako so primeri diamagnetnih snovi voda, vodik, helij in zlato.

Prijave

Ker imajo paramagnetni materiali podobno vedenje kot v magnetnem polju, je njihova uporaba v industriji nekoliko omejena.

Ena najzanimivejših aplikacij paramagnetizma je elektronska paramagnetična resonanca (RPE), ki se široko uporablja v fiziki, kemiji in arheologiji. Gre za tehniko spektroskopije, s katero je mogoče zaznati vrste z neparnimi elektroni.

Ta tehnika se uporablja v fermentacijah, pri industrijski proizvodnji polimerov, za obrabo motornih olj in pri proizvodnji piv, med drugimi področji. Podobno se ta tehnika pogosto uporablja pri datiranju arheoloških ostankov.

Reference

1. Paramagnetizem (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 24. aprila 2018 z es.wikipedia.org.
2. Diamagnetizem (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 24. aprila 2018 z es.wikipedia.org.
3. Paramagnetizem (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 24. aprila 2018 z en.wikipedia.org.
4. Diamagnetizem (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 24. aprila 2018 z en.wikipedia.org.
5. Chang, MC "Diamagnetizem in paramagnetizem" (PDF). NTNU predavanja. Pridobljeno 25. aprila 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnetokemija. Oxford University Press.