Парамагнетизъм: причини, парамагнитни материали, примери и разлики с диамагнетизма

Парамагнетизмът е форма на магнетизъм, при която някои материали са слабо привлечени от външно магнитно поле и образуват вътрешни магнитни полета, индуцирани в посока на приложеното магнитно поле.

Противно на това, което много хора често мислят, магнитните свойства не се свеждат само до феромагнитни вещества. Всички вещества имат магнитни свойства, макар и в по-слаба форма. Тези вещества се наричат ​​парамагнитни и диамагнитни.

По този начин могат да се разграничат два вида вещества: парамагнитни и диамагнитни. При наличието на магнитно поле, парамагнитните се привличат към областта, където интензивността на полето е по-голяма. От друга страна, диамагнитните се привличат към областта на полето, в която интензивността е по-ниска.

При наличие на магнитни полета, парамагнитните материали изпитват същия вид привличане и отблъскване, наблюдавано от магнити. Обаче, когато магнитното поле изчезне, ентропията завършва магнитното подреждане, което е предизвикано.

С други думи, парамагнитните материали се привличат от магнитни полета, въпреки че те не се трансформират в постоянно намагнетизирани материали. Някои примери за парамагнитни вещества са: въздух, магнезий, платина, алуминий, титан, волфрам и литий.

каузи

Парамагнетизмът се дължи на факта, че някои материали са съставени от атоми и молекули, които имат постоянни магнитни моменти (или диполи), дори когато не са в присъствието на магнитно поле.

Магнитните моменти възникват от завъртанията на несдвоените електрони на метали и други материали, които притежават парамагнитни свойства.

В чистия парамагнетизъм диполите не взаимодействат помежду си, а са ориентирани случайно в отсъствието на външно магнитно поле като последица от термично възбуждане. Това генерира нулев магнитен момент.

Въпреки това, когато се прилага магнитно поле, диполите са склонни да се подравнят с приложеното поле, което води до нетен магнитен момент в посоката на споменатото поле и добавяне към външното поле.

Във всеки случай, подравняването на диполите може да бъде противодействано от въздействието на температурата.

По този начин, когато материалът се нагрява, термичното разбъркване може да противодейства на ефекта, който магнитното поле има върху диполите и магнитните моменти се преориентират по хаотичен начин, намалявайки интензивността на индуцираното поле.

Законът на Кюри

Законът на Кюри е разработен експериментално от френския физик Пиер Кюри през 1896 г. Той може да се приложи само когато се появят високи температури и парамагнитното вещество е в присъствието на слаби магнитни полета.

Това е така, защото не успява да опише парамагнетизма, когато голяма част от магнитните моменти са подравнени.

Законът гласи, че намагнитването на парамагнитния материал е правопропорционално на приложената магнитна сила. Това, което е известно като закон на Кюри:

М = Х = Н = СН / Т

В предишната формула М е намагнитването, Н е плътността на магнитния поток на приложеното магнитно поле, Т е температурата, измерена в градуси Келвин, а С е константа, която е специфична за всеки материал и се нарича константа Кюри.

От наблюдението на закона на Кюри следва също, че намагнитването е обратно пропорционално на температурата. Поради тази причина, когато материалът се нагрява, диполите и магнитните моменти са склонни да губят ориентацията, придобита от наличието на магнитно поле.

Парамагнитни материали

Парамагнитните материали са всички онези материали с магнитна пропускливост (капацитет на вещество да привлича или да я превръща в магнитно поле) подобно на магнитната пропускливост на вакуума. Такива материали показват незначително ниво на феромагнетизъм.

От физическа гледна точка се твърди, че относителната му магнитна проницаемост (коефициент между пропускливостта на материала или средата и пропускливостта на вакуума) е приблизително равна на 1, което е магнитната пропускливост на вакуума.

Сред парамагнитните материали има определен вид материали, които се наричат ​​суперпарамагнитни. Въпреки че те следват закона на Кюри, тези материали имат сравнително висока постоянна стойност на Кюри.

Разлики между парамагнетизма и диамагнетизма

Именно Майкъл Фарадей, който през септември 1845 г. осъзна, че в действителност всички материали (не само феромагнети) реагират на наличието на магнитни полета.

Във всеки случай, истината е, че повечето вещества имат диамагнетичен характер, тъй като двойките електрони, сдвоени - и следователно с противоположни спинове - леко предпочитат диамагнетизма. Напротив, само когато има неспарени електрони, се появява диамагнетизъм.

И парамагнитните, и диамагнитните материали имат слаба чувствителност към магнитни полета, но докато в първата е положителна в последната, тя е отрицателна.

Диамагнитните материали са леко отблъснати от магнитно поле; От друга страна, парамагнитните се привличат, макар и с малка сила. И в двата случая, когато магнитното поле се отстранява, ефектите на намагнитването изчезват.

Както вече беше казано, по-голямата част от елементите, които съставят периодичната таблица, са диамагнитни. Така например, примерите за диамагнитни вещества са вода, водород, хелий и злато.

приложения

Тъй като парамагнитните материали имат вакуумно поведение в отсъствието на магнитно поле, техните приложения в промишлеността са до известна степен намалени.

Едно от най-интересните приложения на парамагнетизма е електронният парамагнитен резонанс (RPE), който е широко използван във физиката, химията и археологията. Това е спектроскопска техника, с която е възможно да се открият видове с неспарени електрони.

Тази техника се прилага при ферментации, в промишленото производство на полимери, в износването на моторни масла и в производството на бира, наред с други области. По същия начин тази техника е широко използвана при датирането на археологическите останки.