PARAMAGNETISM: CAUZE, MATERIALE PARAMAGNETICE, EXEMPLE - FIZIC - 2025

Paramagnetism este o formă de magnetism care anumite materiale sunt slab atrase de un câmp magnetic exterior și formează câmpuri magnetice interne induse în direcția și aplicate câmpului magnetic.

Spre deosebire de ceea ce cred de multe ori, proprietățile magnetice nu se limitează numai la substanțe ferromagnetice. Toate substanțele au proprietăți magnetice, chiar într-un mod mai slab. Aceste substanțe sunt numite paramagnetice și diamagnetice.

În acest fel, se pot distinge două tipuri de substanțe: paramagnetic și diamagnetic. În prezența unui câmp magnetic, cele paramagnetice sunt atrase către zona în care intensitatea câmpului este mai mare. În schimb, diamagnetica este atrasă de regiunea câmpului unde intensitatea este cea mai mică.

Când se află în prezența câmpurilor magnetice, materialele paramagnetice experimentează același tip de atracție și repulsie cu care se confruntă magneții. Cu toate acestea, atunci când câmpul magnetic dispare, entropia încheie alinierea magnetică care fusese indusă.

Cu alte cuvinte, materialele paramagnetice sunt atrase de câmpurile magnetice, deși nu devin materiale magnetizate permanent. Câteva exemple de substanțe paramagnetice sunt: ​​aer, magneziu, platină, aluminiu, titan, tungsten și litiu, printre altele.

cauze

Paramagnetismul se datorează faptului că anumite materiale sunt formate din atomi și molecule care au momente magnetice permanente (sau dipoli), chiar și atunci când nu sunt în prezența unui câmp magnetic.

Momentele magnetice sunt cauzate de rotirile electronilor neperecheți în metale și alte materiale care au proprietăți paramagnetice.

În paramagnetism pur dipolii nu interacționează între ei, dar sunt orientați aleatoriu în absența unui câmp magnetic extern, ca urmare a agitației termice. Aceasta generează un moment magnetic zero.

Cu toate acestea, atunci când este aplicat un câmp magnetic, dipolii tind să se alinieze cu câmpul aplicat, rezultând un moment magnetic net în direcția câmpului respectiv și se adaugă la cel al câmpului extern.

În ambele cazuri, alinierea dipolilor poate fi contracarată prin efectul temperaturii.

În acest fel, când materialul este încălzit, agitația termică este capabilă să contracareze efectul câmpului magnetic asupra dipolilor și momentele magnetice se reorientează într-un mod haotic, reducând intensitatea câmpului indus.

Legea lui Curie

Legea lui Curie a fost dezvoltată experimental de fizicianul francez Pierre Curie în 1896. Poate fi aplicată numai atunci când sunt prezente temperaturi ridicate și substanța paramagnetică este în prezența câmpurilor magnetice slabe.

Acest lucru se întâmplă deoarece nu reușește să descrie paramagnetismul atunci când o mare parte din momentele magnetice sunt aliniate.

Legea prevede că magnetizarea materialului paramagnetic este direct proporțională cu intensitatea câmpului magnetic aplicat. Este ceea ce este cunoscut sub numele de Legea lui Curie:

M = X ∙ H = CH / T

În formula de mai sus M este magnetizarea, H este densitatea fluxului magnetic al câmpului magnetic aplicat, T este temperatura măsurată în grade Kelvin și C este o constantă specifică fiecărui material și se numește constantă Curie.

Respectarea legii lui Curie arată, de asemenea, că magnetizarea este invers proporțională cu temperatura. Din acest motiv, când materialul este încălzit, dipolii și momentele magnetice tind să piardă orientarea dobândită prin prezența câmpului magnetic.

Materiale paramagnetice

Materialele paramagnetice sunt toate acele materiale cu permeabilitate magnetică (capacitatea unei substanțe de a atrage sau de a face să treacă un câmp magnetic) similar cu permeabilitatea magnetică a unui vid. Astfel de materiale prezintă un nivel neglijabil de ferromagnetism.

În termeni fizici, se afirmă că permeabilitatea sa magnetică relativă (coeficientul dintre permeabilitatea materialului sau a mediului și permeabilitatea unui vid) este aproximativ egală cu 1, care este permeabilitatea magnetică a unui vid.

Printre materialele paramagnetice există un tip particular de materiale care se numește superparamagnetic. Deși respectă Legea lui Curie, aceste materiale au o valoare destul de mare a constantei Curie.

Diferențele dintre paramagnetism și diamagnetism

Michael Faraday a fost cel care, în septembrie 1845, și-a dat seama că în realitate toate materialele (nu doar cele feromagnetice) reacționează la prezența câmpurilor magnetice.

În orice caz, adevărul este că majoritatea substanțelor sunt de natură diamagnetică, deoarece perechile de electroni împerecheți - și, prin urmare, cu spin opus - favorizează slab diamagnetismul. Dimpotrivă, numai atunci când există electroni neperecheți apare diamagnetismul.

Atât materialele paramagnetice, cât și cele diamagnetice au o susceptibilitate slabă la câmpurile magnetice, dar în timp ce în primele este pozitiv în al doilea, este negativ.

Materialele diamagnetice sunt ușor respinse de un câmp magnetic; pe de altă parte, paramagnetica este atrasă, deși și cu puțină forță. În ambele cazuri, când câmpul magnetic este îndepărtat, efectele magnetizării dispar.

După cum am menționat deja, marea majoritate a elementelor care alcătuiesc tabelul periodic sunt diamagnetice. Astfel, exemple de substanțe diamagnetice sunt apa, hidrogenul, heliul și aurul.

Aplicații

Deoarece materialele paramagnetice au un comportament similar cu vidul în absența unui câmp magnetic, aplicațiile lor în industrie sunt oarecum limitate.

Una dintre cele mai interesante aplicații ale paramagnetismului este rezonanța paramagnetică electronică (RPE), care este folosită pe scară largă în fizică, chimie și arheologie. Este o tehnică de spectroscopie cu care este posibilă detectarea speciilor cu electroni neperecheți.

Această tehnică se aplică la fermentații, la fabricarea industrială de polimeri, la uzura de uleiuri de motor și la fabricarea berilor, printre alte zone. În mod similar, această tehnică este utilizată pe scară largă în datarea de resturi arheologice.

Referințe

1. Paramagnetism (nd). În Wikipedia. Preluat pe 24 aprilie 2018, de pe es.wikipedia.org.
2. Diamagnetism (nd). În Wikipedia. Preluat pe 24 aprilie 2018, de pe es.wikipedia.org.
3. Paramagnetism (nd). În Wikipedia. Adus pe 24 aprilie 2018, de pe en.wikipedia.org.
4. Diamagnetism (nd). În Wikipedia. Adus pe 24 aprilie 2018, de pe en.wikipedia.org.
5. Chang, MC "Diamagnetism și paramagnetism" (PDF). Note de prelegere NTNU Preluat pe 25 aprilie 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnetochimie. Presa Universitatii Oxford.