PARAMAGNETISME: ÅRSAGER, PARAMAGNETISKE MATERIALER, EKSEMPLER - FYSISK - 2025

Den paramagnetisme er en form for magnetisme som visse materialer er svagt tiltrukket af et eksternt magnetisk felt og danne indre magnetfelter induceret i retning af det påførte magnetfelt.

I modsætning til hvad mange mennesker ofte mener, er magnetiske egenskaber ikke kun begrænset til ferromagnetiske stoffer. Alle stoffer har magnetiske egenskaber, selv på en svagere måde. Disse stoffer kaldes paramagnetiske og diamagnetiske.

På denne måde kan der skelnes mellem to typer stoffer: paramagnetisk og diamagnetisk. I nærvær af et magnetfelt tiltrækkes de paramagnetiske mod det område, hvor feltets intensitet er større. I stedet tiltrækkes diamagnetik til det område af det felt, hvor intensiteten er lavest.

Paramagnetiske materialer oplever samme type tiltrækning og frastødelse, som magneter oplever i magnetiske felter. Når magnetfeltet imidlertid forsvinder, afslutter entropien den magnetiske justering, der var induceret.

Med andre ord tiltrækkes paramagnetiske materialer af magnetiske felter, skønt de ikke bliver permanent magnetiserede materialer. Nogle eksempler på paramagnetiske stoffer er: luft, magnesium, platin, aluminium, titan, wolfram og lithium.

Årsager

Paramagnetisme skyldes det faktum, at visse materialer består af atomer og molekyler, der har permanente magnetiske øjeblikke (eller dipoler), selv når de ikke er i nærværelse af et magnetfelt.

Magnetiske øjeblikke er forårsaget af spin af uparmerede elektroner i metaller og andre materialer, der har paramagnetiske egenskaber.

I ren paramagnetisme interagerer dipolerne ikke med hinanden, men orienteres tilfældigt i fravær af et eksternt magnetfelt som en konsekvens af termisk omrøring. Dette genererer et nulmagnetisk moment.

Når et magnetfelt påføres, har dipolerne imidlertid en tendens til at stemme overens med det påførte felt, hvilket resulterer i et nettomagnetisk moment i retning af dette felt og tilføjer til det ydre felt.

I begge tilfælde kan justeringen af ​​dipolerne modvirkes af virkningen af ​​temperaturen.

På denne måde, når materialet opvarmes, er den termiske omrøring i stand til at modvirke den effekt, som magnetfeltet har på dipolerne, og de magnetiske øjeblikke omorienterer sig selv på en kaotisk måde, hvilket reducerer intensiteten af ​​det inducerede felt.

Curies lov

Curies lov blev udviklet eksperimentelt af den franske fysiker Pierre Curie i 1896. Den kan kun anvendes, når der er høje temperaturer, og det paramagnetiske stof er i nærvær af svage magnetfelter.

Dette er tilfældet, fordi det undlader at beskrive paramagnetisme, når en stor del af magnetiske øjeblikke er på linje.

Loven bestemmer, at magnetiseringen af ​​det paramagnetiske materiale er direkte proportional med intensiteten af ​​det påførte magnetfelt. Det er det, der er kendt som Curies lov:

M = X ∙ H = CH / T

I ovennævnte formel M er magnetiseringen, H er magnetisk fluxdensitet for det påførte magnetfelt, T er temperaturen målt i grader Kelvin og C er en konstant, der er specifik for hvert materiale og kaldes Curie-konstanten.

Iagttagelse af Curies lov viser også, at magnetisering er omvendt proportional med temperaturen. Af denne grund, når materialet opvarmes, har dipolerne og de magnetiske øjeblikke en tendens til at miste den orientering, der er erhvervet ved tilstedeværelsen af ​​magnetfeltet.

Paramagnetiske materialer

Paramagnetiske materialer er alle disse materialer med magnetisk permeabilitet (et stofs evne til at tiltrække eller få et magnetfelt til at passere gennem) svarende til magnetisk permeabilitet i et vakuum. Sådanne materialer viser et ubetydeligt niveau af ferromagnetisme.

I fysiske vendinger anføres det, at dets relative magnetiske permeabilitet (kvotient mellem permeabiliteten af ​​materialet eller mediet og permeabiliteten af ​​et vakuum) er omtrent lig med 1, hvilket er den magnetiske permeabilitet for et vakuum.

Blandt paramagnetiske materialer er der en bestemt type materialer, der kaldes superparamagnetisk. Selvom de følger Curies lov, har disse materialer en ret høj værdi af Curie-konstanten.

Forskelle mellem paramagnetisme og diamagnetisme

Det var Michael Faraday, der i september 1845 indså, at faktisk alle materialer (ikke kun ferromagnetiske) reagerer på tilstedeværelsen af ​​magnetiske felter.

Under alle omstændigheder er sandheden, at de fleste stoffer har en diamagnetisk karakter, da parret med sammenkoblede elektroner - og derfor med modsat omdrejning - svagt favoriserer diamagnetisme. Tværtimod, kun når der er uparrede elektroner, forekommer diamagnetisme.

Både paramagnetiske og diamagnetiske materialer har en svag følsomhed over for magnetfelter, men selvom de førstnævnte er positive i sidstnævnte er de negative.

Diamagnetiske materialer afvises let af et magnetfelt; på den anden side tiltrækkes paramagnetik, skønt også med lidt kraft. I begge tilfælde, når magnetfeltet fjernes, forsvinder virkningerne af magnetisering.

Som allerede nævnt er langt de fleste elementer, der udgør det periodiske system, diamagnetiske. Eksempler på diamagnetiske stoffer er således vand, brint, helium og guld.

Applikationer

Da paramagnetiske materialer har en lignende opførsel som vakuum i fravær af et magnetfelt, er deres anvendelser i industrien noget begrænset.

En af de mest interessante anvendelser af paramagnetisme er Electronic Paramagnetic Resonance (RPE), der er vidt brugt inden for fysik, kemi og arkæologi. Det er en spektroskopiteknologi, hvormed det er muligt at påvise arter med uparrede elektroner.

Denne teknik anvendes i fermenteringer, i industriel fremstilling af polymerer, til brug af motorolier og til fremstilling af øl blandt andre områder. Tilsvarende bruges denne teknik i vid udstrækning til datering af arkæologiske rester.

Referencer

1. Paramagnetisme (nd). På Wikipedia. Hentet den 24. april 2018 fra es.wikipedia.org.
2. Diamagnetisme (nd). På Wikipedia. Hentet den 24. april 2018 fra es.wikipedia.org.
3. Paramagnetisme (nd). På Wikipedia. Hentet den 24. april 2018 fra en.wikipedia.org.
4. Diamagnetisme (nd). På Wikipedia. Hentet den 24. april 2018 fra en.wikipedia.org.
5. Chang, MC "Diamagnetisme og paramagnetisme" (PDF). NTNU-forelæsningsnotater. Hentet den 25. april 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnetokemi. Oxford University Press.