Materiały diamagnetyzmu, aplikacje, przykłady

On Diamagnetyzm Jest to jedna z odpowiedzi, jaką ma materia przed obecnością zewnętrznego pola magnetycznego. Charakteryzuje się przeciwnym lub przeciwnym do tego pola magnetycznego i zwykle, chyba że jest to jedyna magnetyczna odpowiedź materiału, jego intensywność jest najsłabsza ze wszystkich.

Gdy efekt odpychający jest jedynym, który materiał przedstawia przed magnesem, materiał jest uważany za diamagnetyczny. Jeśli dominują inne efekty magnetyczne, w zależności od tego, co to jest, będą uważane za paramagnetyczne lub ferromagnetyczne.

Kawałek bizmutów, materiał diamagnetyczny. Źródło: Pixabay.

Brugmans przypisuje się Sebaldowi w 1778 r. Pierwsze odniesienie do odpychania między dowolnym biegunem magnesu a kawałkiem materiału, szczególnie widocznego w elementach takich jak bizmut i antymon.

Później w 1845 r. Michael Faraday bardziej uważnie przestudiował ten efekt i doszedł do wniosku, że była to nieodłączna właściwość całej sprawy.

[TOC]

Materiały diamagnetyczne i ich reakcja

Zachowanie magnetyczne bizmut i antymonii oraz inne, takie jak złoto, miedź, hel i substancje, takie jak woda i drewno, różnią się znacznie od dobrze znanego i potężnego przyciągania magnetycznego, które magnesy wywierają żelazo, nikiel lub kobalt.

Pomimo tego, że jest reakcją o niskiej intensywności, przed wystarczającą intensywnością zewnętrznego pola magnetycznego, każdy materiał diamagnetyczny, nawet żywa materia organiczna, jest w stanie doświadczyć bardzo niezwykłego przeciwnego magnetyzacji.

Generowanie pól magnetycznych tak intensywnych jak 16 Tesli (już jedna z 1 Tesli jest uważana za dość intensywną), naukowcy z laboratorium magnesu High Field w Amsterdamie w Netherdamie Nijmegen.

Możliwe jest również lewikowanie małego magnesu między palcami osoby, dzięki diamagnetyzmowi i wystarczającym polu magnetycznym. Samo w sobie pole magnetyczne wywiera siłę magnetyczną, która przyciąga mały magnes i może spróbować, aby siła ta kompensuje wagę, jednak mały magnes nie pozostaje bardzo stabilny do powiedzenia.

Gdy tylko doświadczysz minimalnego przemieszczenia, siła wywierana przez duży magnes szybko ją przyciąga. Jednak gdy ludzkie palce stoją między magnesami, mały magnes stabilizuje się i lewita między kciukiem a indeksem osoby. Magia jest spowodowana odpychaniem spowodowanym palcami diamagnetyzmem.

Jakie jest pochodzenie reakcji magnetycznej w sprawie?

Pochodzenie diamagnetyzmu, która jest podstawową odpowiedzią dowolnej substancji na działanie zewnętrznego pola magnetycznego, polega na tym, że atomy powstają przez cząstki subatomowe o ładunku elektrycznym.

Może ci służyć: teoria Wielkiego Wybuchu: cechy, etapy, dowody, problemy

Cząstki te nie są statyczne, a ich ruch jest odpowiedzialny za wytwarzanie pola magnetycznego. Oczywiście materia jest ich pełna i zawsze można oczekiwać pewnego rodzaju reakcji magnetycznej w dowolnym materiale, nie tylko związków żelaza.

Elektron jest głównym odpowiedzialnym za właściwości magnetyczne sprawy. W bardzo prostym modelu można założyć, że cząstka ta krąży do jądra atomowego z jednolitym ruchem okrągłym. To wystarczy, aby elektron zachowywał się jak niewielka prąd zdolna do generowania pola magnetycznego.

Magnetyzacja z tego efektu jest nazywana Magnetyzacja orbitalna. Ale elektron ma dodatkowy wkład w magnetyzm atomowy: wewnętrzny pęd kątowy.

Analogią opisującą pochodzenie wewnętrznego pędu kątowego jest założenie, że elektron ma ruch obrotowy wokół jego osi, właściwość zwana espín.

Będąc ruchem i za załadowaną cząsteczkę, spin przyczynia się również do wezwania Magnesyzacja spinowa.

Oba wkłady powodują, że netto lub wynikowy magnetyzacja, jednak najważniejsze jest dokładnie to, co jest spowodowane spinem. Protony w jądrze, chociaż mają ładunek elektryczny i spin, nie przyczyniają się znacząco do magnetyzacji atomu.

W materiałach diamagnetycznych powstała magnetyzacja jest nieważna, ponieważ wkład zarówno momentu orbitalnego, jak i spinowego. Pierwszy ze względu na prawo Lenza i drugie, ponieważ elektrony w orbitalach są ustalane w przeciwnych parach spinowych, a warstwy są wypełnione kilkoma elektronami.

Magnetyzm w tej sprawie

Efekt diamagnetyczny powstaje, gdy magnetyzacja orbitalna odbiera wpływ zewnętrznego pola magnetycznego. W ten sposób uzyskane magnesowanie jest oznaczone M I to wektor.

Niezależnie od tego, gdzie jest kierowane pole, odpowiedź diamagnetyczna zawsze będzie odpychająca dzięki prawu Lenza, która stwierdza, że ​​prąd indukowany sprzeciwia się wszelkim zmianom strumienia magnetycznego, który przekracza spazę.

Ale jeśli materiał zawiera jakąś stałe magnetyza.

Aby określić ilościowo opisane efekty, rozważmy zewnętrzne pole magnetyczne H, zastosowane do materiału izotropowego (jego właściwości są takie same w dowolnym punkcie w przestrzeni), w którym powstaje magnetyzacja M. Dzięki temu indukcja magnetyczna jest tworzona w środku B, w wyniku interakcji, która występuje między H I M.

Może ci służyć: fale jednoznaczne: wyrażenie matematyczne i przykłady

Wszystkie te kwoty to wektor. B I M Są proporcjonalne do H, Będąc przepuszczalność materiału μ i podatność magnetyczna χ, odpowiednie stałe proporcjonalne, które wskazują, która jest szczególną odpowiedzią substancji na zewnętrzny wpływ magnetyczny:

B = μH

Magnetyzacja materiału będzie również proporcjonalna do H:

M = χH

Powyższe równania są prawidłowe w systemie CGS. Aż tak bardzo B Jak H I M Mają te same wymiary, chociaż różne jednostki. Dla B Gauss jest używany w tym systemie i dla H Używane jest Oersted. Powodem tego jest odróżnienie pola zewnętrznego od pola generowanego wewnątrz materiału.

W systemie międzynarodowym, który jest powszechnie używany, pierwsze równanie zdobywa nieco inny wygląd:

B = μ_albo μ_R H

μ_albo Jest to przepuszczalność magnetyczna pustej przestrzeni równoważnej 4π x 10-7 t.M/A (Tesla-Metro/Ampere) i μ_R Jest to względna przepuszczalność pożywki w odniesieniu do próżni, która jest bezwymiarowa.

Jeśli chodzi o podatność magnetyczną χ, która jest najbardziej odpowiednią cechą opisującą właściwości diamagnetyczne materiału, to równanie to jest napisane w ten sposób:

B = (1 + χ) μ_alboH

Z μ_R = 1 + χ

W systemie międzynarodowym B pojawia się w Tesli (t), podczas gdy H Jest wyrażany w Ampere/Metro, jednostce, o której uważano, że czas nazwał Lenz, ale do tej pory pozostawiono pod względem podstawowych jednostek.

W materiałach, w których χ jest ujemny, są one uważane za diamagnetyczne. I jest to dobry parametr do scharakteryzowania tych substancji, ponieważ χ w nich można uznać za stałą i niezależną wartość temperatury. Nie ma to w materiałach, które mają więcej reakcji magnetycznych.

Zwykle χ jest rzędu -10^-6 A -10^-5. Nadprzewodniki charakteryzują się posiadaniem χ = -1, a zatem wewnętrzne pole magnetyczne jest całkowicie anulowane (efekt Meisner).

Są to idealne materiały diamagnetyczne, w których diamagnetyzm przestaje być słabą odpowiedzią i staje się wystarczająco intensywny, aby lewitować obiekty, jak opisano na początku.

Zastosowania: Magneto-encefalografia i obróbka wody

Żywe istoty są wykonane z wody i materii organicznej, których reakcja na magnetyzm jest zwykle słaba. Jednak diamagnetyzm, jak powiedzieliśmy, jest nieodłączną częścią materii, w tym organiczną.

We wnętrzu ludzi i zwierząt krążą małe prądy elektryczne, które niewątpliwie powodują efekt magnetyczny. W tym samym momencie, podczas gdy czytelnik podąża za tymi słowami, małe prądy elektryczne krążyły w jego mózgu, które pozwalają mu uzyskać dostęp i interpretować informacje.

Może ci służyć: szybkość natychmiastowa: definicja, wzór, obliczenia i ćwiczenia

Słabe magnetyzacja występująca w mózgu jest wykrywalna. Technika jest znana jako Magneto-encefalografia, który wykorzystuje detektory zwane kałamarnicą (Nadprzewodzące urządzenia interferencyjne kwantowe) W celu wykrycia bardzo małych pola magnetycznego, rzędu 10^{-piętnaście} T.

Kałamarnicy są w stanie zlokalizować źródła aktywności mózgu. Oprogramowanie jest odpowiedzialne za zebranie uzyskanych danych i przekształcenie ich w szczegółową mapę aktywności mózgu.

Zewnętrzne pola magnetyczne mogą w jakiś sposób wpływać na mózg. Ile? Niektóre ostatnie badania wykazały, że dość intensywne pole magnetyczne, około 1 t, może wpływać na płat ciemienny, przerywając w części aktywności mózgu w krótkich momentach.

Inne, z drugiej strony, w których wolontariusze spędzili 40 godzin w magnesie, który wytwarza 4 t intensywności, pozostawili bez obserwowalnych negatywnych skutków. Przynajmniej University of Ohio wskazał, że jak dotąd nie ma ryzyka w pozostałości w ciągu 8 pól.

Niektóre organizmy, takie jak bakterie, są w stanie włączyć małe kryształy magnetytu i używać ich do orientacji w polu magnetycznym Ziemi. Magnetyt znaleziono również w bardziej złożonych organizmach, takich jak pszczoły i ptaki, które użyłyby go w tym samym celu.

Czy w organizmie ludzkim istnieją magnetyczne minerały? Tak, magnetyt został znaleziony w ludzkim mózgu, chociaż nie wiadomo, w jakim celu jest.  Można to spekulować, że jest to umiejętność nieużywania.

Jeśli chodzi o obróbkę wody, opiera się na fakcie, że osady są zasadniczo substancjami diamagnetycznymi. Możliwe jest użycie intensywnych pola magnetycznego, a tym samym usuwanie osadów węglanu wapnia, gipsu, soli i innych substancji, które powodują twardość w wodzie i gromadzą się w rurach i pojemnikach.

Jest to system z wieloma zaletami do oszczędzania środowiska i utrzymywania rur w dobrym stanie przez długi czas i przy niskich kosztach.

Bibliografia

1. Eisberg, r. 1978.  Fizyka kwantowa. Limusa. 557 -577.
2. Młody, Hugh. 2016. Sears-Zansky's University Physics z nowoczesną fizyką. 14. edycja. osoba. 942
3. Zapata, f. (2003). Badanie mineralogii związanych z odwiertem oleju gufita 8x należącym do guafita campo (stan apure) poprzez pomiary wrażliwości magnetycznej i mossbauer. Praca dyplomowa. Central University of Wenezuela.