PARAMAGNETIZMUS: PRÍČINY, PARAMAGNETICKÉ MATERIÁLY, PRÍKLADY - FYZICKÝ - 2026

Paramagnetizmus je forma magnetizmu, ktoré niektoré materiály sú slabo priťahované vonkajším magnetickým poľom a tvoriť vnútorné magnetické pole, indukované v smere aplikovaného magnetického poľa.

Na rozdiel od toho, čo si mnohí ľudia často myslia, magnetické vlastnosti sa neobmedzujú iba na feromagnetické látky. Všetky látky majú magnetické vlastnosti, dokonca aj slabšie. Tieto látky sa nazývajú paramagnetické a diamagnetické.

Týmto spôsobom je možné rozlíšiť dva typy látok: paramagnetické a diamagnetické. V prítomnosti magnetického poľa sú paramagnetické priťahované smerom k zóne, kde je intenzita poľa väčšia. Namiesto toho sú diamagnetiky priťahované do oblasti poľa, kde je najnižšia intenzita.

Keď sú paramagnetické materiály v prítomnosti magnetických polí, zažívajú rovnaký druh príťažlivosti a odporu, aký zažívajú magnety. Keď však magnetické pole zmizne, entropia ukončí indukované magnetické zarovnanie.

Inými slovami, paramagnetické materiály priťahujú magnetické polia, hoci sa nestávajú permanentne magnetizovanými materiálmi. Niektoré príklady paramagnetických látok sú: vzduch, horčík, platina, hliník, titán, volfrám a lítium.

príčiny

Paramagnetizmus je spôsobený skutočnosťou, že určité materiály sú tvorené atómami a molekulami, ktoré majú permanentné magnetické momenty (alebo dipóly), aj keď nie sú v prítomnosti magnetického poľa.

Magnetické momenty sú spôsobené točeniami nepárových elektrónov v kovoch a iných materiáloch, ktoré majú paramagnetické vlastnosti.

Pri čistom paramagnetizme dipóly vzájomne neinteragujú, ale sú náhodne orientované v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa v dôsledku tepelného miešania. To vytvára nulový magnetický moment.

Keď sa však aplikuje magnetické pole, majú dipóly tendenciu vyrovnať sa s aplikovaným poľom, čo vedie k čistému magnetickému momentu v smere tohto poľa a zvyšuje sa tým vonkajšieho poľa.

V obidvoch prípadoch môže byť vyrovnanie dipólov ovplyvnené pôsobením teploty.

Týmto spôsobom, keď je materiál zahrievaný, je tepelné miešanie schopné pôsobiť proti účinku magnetického poľa na dipóly a magnetické momenty sa chaoticky preorientujú, čím sa znižuje intenzita indukovaného poľa.

Curieho zákon

Curieho zákon bol experimentálne vyvinutý francúzskym fyzikom Pierrom Curiem v roku 1896. Môže sa uplatňovať iba vtedy, keď sú prítomné vysoké teploty a paramagnetická látka je v prítomnosti slabých magnetických polí.

Je to tak preto, že nedokáže opísať paramagnetizmus, keď je veľká časť magnetických momentov vyrovnaná.

Zákon uvádza, že magnetizácia paramagnetického materiálu je priamo úmerná intenzite aplikovaného magnetického poľa. To je známe ako Curieho zákon:

M = X = H = CH / T

Vo vyššie uvedenom vzorci M je magnetizácia, H je hustota magnetického toku aplikovaného magnetického poľa, T je teplota meraná v stupňoch Kelvin a C je konštanta, ktorá je špecifická pre každý materiál a nazýva sa Curieova konštanta.

Dodržiavanie Curieho zákona tiež ukazuje, že magnetizácia je nepriamo úmerná teplote. Z tohto dôvodu majú pri zahrievaní materiálu dipóly a magnetické momenty tendenciu strácať orientáciu získanú prítomnosťou magnetického poľa.

Paramagnetické materiály

Paramagnetické materiály sú všetky materiály s magnetickou permeabilitou (schopnosť látky priťahovať alebo spôsobiť priechod magnetického poľa) podobné magnetickej permeabilite vákua. Takéto materiály vykazujú zanedbateľnú úroveň feromagnetizmu.

Fyzikálne sa uvádza, že jeho relatívna magnetická priepustnosť (kvocient medzi priepustnosťou materiálu alebo média a priepustnosťou vákua) je približne rovná 1, čo je magnetická priepustnosť vákua.

Medzi paramagnetickými materiálmi existuje konkrétny typ materiálov, ktorý sa nazýva superparamagnetický. Hoci tieto materiály dodržiavajú Curieho zákon, majú pomerne vysokú hodnotu Curieho konštanty.

Rozdiely medzi paramagnetizmom a diamagnetizmom

V septembri 1845 si to Michael Faraday uvedomil, že v skutočnosti všetky materiály (nielen feromagnetické) reagujú na prítomnosť magnetických polí.

V každom prípade je pravda, že väčšina látok má diamagnetický charakter, pretože dvojice párových elektrónov - a teda s opačným spinom - majú slabý prospech z diamagnetizmu. Naopak, diamagnetizmus sa vyskytuje iba v prípade, že existujú nepárové elektróny.

Oba paramagnetické aj diamagnetické materiály majú slabú citlivosť na magnetické pole, zatiaľ čo v prvom prípade je pozitívny v druhom prípade negatívny.

Diamagnetické materiály sú mierne odpudzované magnetickým poľom; na druhej strane sú paramagnetiká priťahované, aj keď tiež s malou silou. V obidvoch prípadoch, keď sa magnetické pole odstráni, účinky magnetizácie zmiznú.

Ako už bolo uvedené, drvivá väčšina prvkov, ktoré tvoria periodickú tabuľku, je diamagnetická. Príkladmi diamagnetických látok sú voda, vodík, hélium a zlato.

aplikácia

Pretože paramagnetické materiály majú podobné správanie ako vákuum v neprítomnosti magnetického poľa, ich použitie v priemysle je trochu obmedzené.

Jednou z najzaujímavejších aplikácií paramagnetizmu je Electronic Paramagnetic Resonance (RPE), ktorá sa široko používa vo fyzike, chémii a archeológii. Je to spektroskopická technika, pomocou ktorej je možné detegovať druhy pomocou nepárových elektrónov.

Táto technika sa okrem iného používa pri fermentáciách, pri priemyselnej výrobe polymérov, pri opotrebovaní motorových olejov a pri výrobe piva. Podobne je táto technika široko používaná pri datovaní archeologických pozostatkov.

Referencie

1. Paramagnetizmus (nd). Na Wikipédii. Načítané 24. apríla 2018, zo stránky es.wikipedia.org.
2. Diamagnetizmus (nd). Na Wikipédii. Načítané 24. apríla 2018, zo stránky es.wikipedia.org.
3. Paramagnetizmus (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 24. apríla 2018 z en.wikipedia.org.
4. Diamagnetizmus (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 24. apríla 2018 z en.wikipedia.org.
5. Chang, MC „Diamagnetizmus a paramagnetizmus“ (PDF). NTNU prednáškové poznámky. Načítané 25. apríla 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnetochemistry. Oxford University Press.