ПАРАМАГНЕТИЗМ: ПРИЧИНИ, ПАРАМАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ, ПРИКЛАДИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Парамагнетизм є формою магнетизму, деякі матеріали слабо привертає зовнішнім магнітним полем і утворюють внутрішні магнітні поля , індуковані в напрямку прикладеного магнітного поля.

Всупереч тому, що багато хто думає, магнітні властивості не обмежуються лише феромагнітними речовинами. Всі речовини мають магнітні властивості навіть слабшим чином. Ці речовини називають парамагнітними та діамагнітними.

Таким чином можна виділити два типи речовин: парамагнітні та діамагнітні. За наявності магнітного поля парамагнітні притягуються до зони, де напруженість поля більша. Натомість діамагнетику притягують до області поля, де інтенсивність найнижча.

Коли за наявності магнітних полів парамагнітні матеріали відчувають той же тип тяжіння та відштовхування, що і магніти. Однак, коли магнітне поле зникає, ентропія закінчує магнітне вирівнювання, яке було викликано.

Іншими словами, парамагнітні матеріали притягуються магнітними полями, хоча вони не стають постійно намагніченими матеріалами. Деякі приклади парамагнітних речовин: повітря, магній, платина, алюміній, титан, вольфрам та літій.

Причини

Парамагнетизм пояснюється тим, що певні матеріали складаються з атомів і молекул, які мають постійні магнітні моменти (або диполі), навіть коли їх немає в присутності магнітного поля.

Магнітні моменти спричинені спінами непарних електронів у металах та інших матеріалах, які мають парамагнітні властивості.

У чистому парамагнетизмі диполі не взаємодіють між собою, а орієнтуються випадковим чином за відсутності зовнішнього магнітного поля внаслідок термічного збудження. Це породжує нульовий магнітний момент.

Однак, коли застосовується магнітне поле, диполі мають тенденцію до вирівнювання із прикладеним полем, що призводить до чистого магнітного моменту у напрямку до цього поля та додавання до зовнішнього поля.

В будь-якому випадку вирівнювання диполів можна протидіяти впливу температури.

Таким чином, при нагріванні матеріалу термічне збудження здатне протидіяти впливу магнітного поля на диполі, а магнітні моменти переорієнтуються хаотично, зменшуючи інтенсивність індукованого поля.

Закон Кюрі

Закон Кюрі експериментально був розроблений французьким фізиком П'єром Кюрі у 1896 р. Він може застосовуватися лише за наявності високих температур і парамагнітної речовини при наявності слабких магнітних полів.

Це тому, що не вдається описати парамагнетизм, коли значна частина магнітних моментів вирівняна.

У законі зазначено, що намагніченість парамагнітного матеріалу прямо пропорційна інтенсивності прикладеного магнітного поля. Це те, що відомо як закон Кюрі:

M = X ∙ H = CH / T

У наведеній вище формулі M - намагніченість, H - щільність магнітного потоку прикладеного магнітного поля, T - температура, виміряна в градусах Кельвіна, а C - константа, специфічна для кожного матеріалу і називається постійною Кюрі.

Дотримання закону Кюрі також показує, що намагніченість обернено пропорційна температурі. З цієї причини при нагріванні матеріалу диполі та магнітні моменти, як правило, втрачають орієнтацію, набуту наявністю магнітного поля.

Парамагнітні матеріали

Парамагнітними матеріалами є всі ті матеріали з магнітною проникністю (здатність речовини притягувати або викликати магнітне поле через нього), аналогічну магнітній проникності вакууму. Такі матеріали демонструють незначний рівень феромагнетизму.

У фізичному вираженні зазначено, що його відносна магнітна проникність (коефіцієнт між проникністю матеріалу або середовища та проникністю вакууму) приблизно дорівнює 1, що є магнітною проникністю вакууму.

Серед парамагнітних матеріалів є особливий тип матеріалів, який називається суперпарамагнітним. Хоча вони дотримуються Закону Кюрі, ці матеріали мають досить високе значення константи Кюрі.

Відмінності між парамагнетизмом і діамагнетизмом

Саме Майкл Фарадей у ​​вересні 1845 р. Зрозумів, що насправді всі матеріали (не лише феромагнітні) реагують на наявність магнітних полів.

У будь-якому випадку, правда полягає в тому, що більшість речовин мають діамагнетичний характер, оскільки пари парних електронів - а отже, і з протилежним спіном - слабко сприяють діамагнетизму. Навпаки, тільки при наявності парних електронів виникає діамагнетизм.

Як парамагнітні, так і діамагнітні матеріали мають слабку сприйнятливість до магнітних полів, але, хоча в першому він позитивний, в другому - негативний.

Діамагнітні матеріали трохи відштовхуються магнітним полем; з іншого боку, парамагнетика притягується, хоча і з невеликою силою. В обох випадках при видаленні магнітного поля наслідки намагнічування зникають.

Як вже було сказано, переважна більшість елементів, що складають періодичну таблицю, є діамагнітними. Таким чином, прикладами діамагнітних речовин є вода, водень, гелій та золото.

Програми

Оскільки парамагнітні матеріали мають подібну поведінку до вакуумування за відсутності магнітного поля, їх застосування у промисловості дещо обмежене.

Одним з найцікавіших застосувань парамагнетизму є Електронний парамагнітний резонанс (RPE), який широко використовується у фізиці, хімії та археології. Це техніка спектроскопії, за допомогою якої можна виявити види з непарними електронами.

Ця методика застосовується у ферментаціях, у промисловому виробництві полімерів, для зносу моторних масел та у виробництві пива, серед інших областей. Так само ця методика широко використовується при датуванні археологічних решток.

Список літератури

1. Парамагнетизм (другий). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
2. Діамагнетизм (другий). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
3. Парамагнетизм (другий). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
4. Діамагнетизм (другий). У Вікіпедії. Отримано 24 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
5. Чанг, МК «Діамагнетизм та парамагнетизм» (PDF). Конспекти лекцій НТНУ. Отримано 25 квітня 2018 року.
6. Орчард, А.Ф. (2003) Магнітохімія. Oxford University Press.