Diamagnetizmus materiály, aplikácie, príklady

On Diamagnetizmus Je to jedna z odpovedí, ktoré má záležitosť pred prítomnosťou vonkajšieho magnetického poľa. Vyznačuje sa tým, že je protichodný alebo opačný ako toto magnetické pole a zvyčajne, pokiaľ to nie je jedinou magnetickou reakciou materiálu, jeho intenzita je najslabšia zo všetkých.

Ak je odpudivý účinok jediný, ktorý materiál predstavuje pred magnetom, materiál sa považuje za diamagnetický. Ak prevažujú ďalšie magnetické účinky, v závislosti od toho, čo to je, bude považovaná za paramagnetickú alebo feromagnetickú.

Kúsok bizmutu, diamagnetického materiálu. Zdroj: Pixabay.

Brugmans sa pripisuje Sebaldovi v roku 1778 prvý odkaz na odpudenie medzi ktorýmkoľvek z pólov magnetu a kusom materiálu, najmä v prvkoch ako bizmut a antimónia.

Neskôr, v roku 1845, Michael Faraday tento účinok starostlivo študoval a dospel k záveru, že to bol prirodzený majetok celej veci.

[TOC]

Diamagnetické materiály a ich odpoveď

Magnetické správanie bizmutu a antimónu a ďalšie, ako je zlato, meď, hélium a látky, ako je voda a drevo.

Napriek tomu, že je to odozva s nízkou intenzitou, predtým, ako je dostatočne intenzívny vonkajší magnetický poľník, akýkoľvek diamagnetický materiál, dokonca aj živá organická hmota, je schopný zažiť veľmi pozoruhodnú opačnú magnetizáciu.

Generovanie magnetických polí tak intenzívnych ako 16 Tesla (už jedna z 1 Tesla sa považuje za pomerne intenzívne), vedci laboratórnych laboratórnych laboratórnych laboratórií Nijmegen v Amsterdame v Amsterdame.

Je tiež možné levitovať malý magnet medzi prstami človeka, vďaka diamagnetizmu a dostatočne intenzívnej magnetického poľa. Samotné magnetické pole vyvíja magnetickú silu schopnú priťahovať malý magnet a môže sa pokúsiť, aby táto sila kompenzovala hmotnosť, avšak malý magnet nezostane veľmi stabilný.

Akonáhle zažijete minimálne posunutie, sila, ktorú vyvíja veľký magnet, ju rýchlo priťahuje. Keď však ľudské prsty stoja medzi magnetmi, malý magnet stabilizuje a Levita medzi palcom a indexom osoby. Kúzlo je spôsobené odporom spôsobeným diamagnetizmom prstov.

Aký je pôvod magnetickej reakcie vo veci?

Pôvod diamagnetizmu, ktorý je základnou reakciou akejkoľvek látky na pôsobenie vonkajšieho magnetického poľa, spočíva v skutočnosti, že atómy sú tvorené subatomickými časticami, ktoré majú elektrický náboj.

Môže vám slúžiť: Teória veľkého tresku: Charakteristiky, fázy, dôkazy, problémy

Tieto častice nie sú statické a ich pohyb je zodpovedný za výrobu magnetického poľa. Matter je samozrejme plná a nejaký druh magnetickej reakcie sa dá vždy očakávať v akomkoľvek materiáli, nielen železných zlúčeninách.

Elektrón je hlavným zodpovedným za magnetické vlastnosti veci. Vo veľmi jednoduchom modeli sa dá predpokladať, že táto častice obieha na atómové jadro s rovnomerným kruhovým pohybom. To stačí na to, aby sa elektrón správal ako malá prúdová spira schopná generovať magnetické pole.

Magnetizácia z tohto efektu sa nazýva orbitálna magnetizácia. Ale elektrón má ďalší príspevok k magnetizmu atómu: vnútornú uhlovú hybnosť.

Analógiou na opis pôvodu vnútornej uhlovej hybnosti je predpokladať, že elektrón má rotačný pohyb okolo svojej osi, vlastnosť, ktorá sa nazýva ESPÍN.

Keďže je pohyb a za to, že je zaťažená častica, otáčanie tiež prispieva s volaním Magnetizácia.

Oba príspevky vedú k neturovanej alebo výslednej magnetizácii, najdôležitejšie je však presne to, čo je spôsobené rotáciou. Protóny v jadre, hoci majú elektrický náboj a točenie, významne neprispievajú k magnetizácii atómu.

V diamagnetických materiáloch je výsledná magnetizácia prázdna, pretože príspevky orbitálneho aj momentu spinov. Prvý z dôvodu Lenzovho zákona a druhého, pretože elektróny na orbitáloch sú stanovené v opačných spinových pároch a vrstvy sú vyplnené niekoľkými elektrónmi.

Magnetizmus v veci

Diamagnetický účinok vzniká, keď orbitálna magnetizácia dostáva vplyv vonkajšieho magnetického poľa. Takto získaná magnetizácia je označená M A je to vektor.

Bez ohľadu na to, kde je pole nasmerované, diamagnetická reakcia bude vždy odpudivá vďaka Lenzovmu zákonu, ktorý uvádza, že indukovaný prúd je proti akejkoľvek zmene magnetického toku, ktorý prechádza cez Scase.

Ak však materiál obsahuje nejakú permanentnú magnetizáciu, reakcia bude príťažlivosťou, je to prípad paramagnetizmu a feromagnetizmu.

Na kvantifikáciu opísaných účinkov zvážme vonkajšie magnetické pole H, aplikované na izotropný materiál (jeho vlastnosti sú rovnaké v akomkoľvek bode vesmíru), v ktorom magnetizácia pochádza M. Vďaka tomu je vo vnútri vytvorená magnetická indukcia B, v dôsledku interakcie, ktorá sa vyskytuje medzi H a M.

Môže vám slúžiť: Unidimenzionálne vlny: matematický výraz a príklady

Všetky tieto sumy sú vektor. B a M Sú úmerné H, Byť priepustnosťou materiálu μ a magnetickou citlivosťou χ, príslušných konštánt proporcionality, ktoré naznačujú, ktorá je osobitnou reakciou látky na vonkajší magnetický vplyv:

B = μH

Magnetizácia materiálu bude tiež úmerná H:

M = χH

Vyššie uvedené rovnice sú platné v systéme CGS. Tak veľa B ako H a M Majú rovnaké rozmery, aj keď rôzne jednotky. Pre B Gauss sa používa v tomto systéme a pre H Používa sa ortersed. Dôvodom je odlišnosť poľa externe od poľa, ktoré je generované vo vnútri materiálu.

V medzinárodnom systéme, ktorý sa bežne používa, prvá rovnica získa trochu odlišný vzhľad:

B = μ_ani μ_r H

μ_ani Je to magnetická priepustnosť prázdneho priestoru ekvivalentu 4π x 10-7 t.m/a (Tesla-metro/ampér) a μ_r Je to relatívna priepustnosť média vo vzťahu k vákuu, ktoré je bez rozmeru.

Pokiaľ ide o magnetickú citlivosť χ, ktorá je najvhodnejšou charakteristikou na opis diamagnetických vlastností materiálu, táto rovnica je napísaná takto:

B = (1 + x) μ_aniH

S μ_r = 1 + χ

V medzinárodnom systéme B prichádza v Tesle (t), zatiaľ čo H Vyjadruje sa v Ampere/Metro, jednotke, o ktorej sa predpokladalo, že volá Lenz, ale doteraz zostal z hľadiska základných jednotiek, pokiaľ ide o základné jednotky.

V materiáloch, v ktorých je χ negatívny, sa považujú za diamagnetické. A je to dobrý parameter charakterizovať tieto látky, pretože χ v nich možno považovať za konštantnú a nezávislú hodnotu teploty. Toto nie je v materiáloch, ktoré majú viac magnetických reakcií.

Zvyčajne χ je rádovo -10^-6 A -10^-5. Supravodičy sa vyznačujú tým, že majú χ = -1, a preto je vnútorné magnetické pole úplne zrušené (Meisnerov efekt).

Sú to perfektné diamagnetické materiály, v ktorých diamagnetizmus prestane byť slabou reakciou a stáva sa dostatočne intenzívnym na to, aby sa obliekali predmety, ako je opísané na začiatku.

Aplikácie: magneto-encefalografia a úpravy vody

Živé bytosti sú vyrobené z vody a organických látok, ktorých reakcia na magnetizmus je zvyčajne slabá. Diamagnetizmus, ako sme už povedali, je však vnútornou súčasťou hmoty vrátane organických.

Vo vnútri ľudí a zvierat cirkulujú malé elektrické prúdy, ktoré nepochybne vytvárajú magnetický efekt. V tom istom okamihu, zatiaľ čo čitateľ sleduje tieto slová, v mozgu cirkulujú malé elektrické prúdy, ktoré mu umožňujú prístup a interpretovať informácie.

Môže vám slúžiť: Okamžitá rýchlosť: definícia, vzorec, výpočet a cvičenia

Slabá magnetizácia, ktorá sa vyskytuje v mozgu, je zistiteľná. Táto technika je známa ako Magneto-encefalografia, ktorý používa detektory nazývané chobotnice (Supravodivé kvantové interferenčné zariadenia) Na detekciu veľmi malých magnetických polí, rádovo 10^-pätnásť Tón.

Chobotnice sú schopné lokalizovať zdroje mozgovej aktivity s obrovskou presnosťou. Softvér je zodpovedný za zhromažďovanie získaných údajov a ich transformáciu na podrobnú mapu mozgovej aktivity.

Vonkajšie magnetické polia môžu nejakým spôsobom ovplyvniť mozog. Koľko? Niektoré nedávne výskumy ukázali, že celkom intenzívne magnetické pole, asi 1 T, je schopné ovplyvniť parietálny lalok, ktoré prerušujú v časti mozgovej aktivity krátkym momentom.

Iní, na druhej strane, v ktorých dobrovoľníci strávili 40 hodín v magnete, ktorý produkuje 4 T intenzity, zostali bez toho, aby utrpeli pozorovateľné negatívne účinky. University of Ohio prinajmenšom naznačila, že doteraz nie je riziko zostávajúceho v 8 T oblastiach.

Niektoré organizmy, ako sú baktérie, sú schopné začleniť malé kryštály magnetitu a používať ich na orientáciu do zemského magnetického poľa. Magnetit sa našiel aj v zložitejších organizmoch, ako sú včely a vtáky, ktoré by ho používali s rovnakým účelom.

Existujú v ľudskom organizme magnetické minerály? Áno, magnetit sa našiel v ľudskom mozgu, hoci nie je známe, aký účel je tam.  Dalo by sa špekulovať, že je to zručnosť z nepoužívania.

Pokiaľ ide o čistenie vody, je založená na skutočnosti, že sedimenty sú v podstate diamagnetické látky. Je možné použiť intenzívne magnetické polia, a tak odstrániť sedimenty uhličitanu vápenatého, omietky, soli a iných látok, ktoré spôsobujú tvrdosť vo vode a hromadia sa v potrubiach a nádobách.

Je to systém s mnohými výhodami na ochranu životného prostredia a udržiavanie potrubí v dobrom stave po dlhú dobu a za nízku cenu.

Odkazy

1. Eisberg, R. 1978.  Kvantová fyzika. Limusa. 557 -577.
2. Mladý, Hugh. 2016. Sears-Zansky's University Physics s modernou fyzikou. 14. vydanie. Pearson. 942
3. Zapata, f. (2003). Štúdium mineralogie spojených s ropou Guafita 8x, ktorá je dobre patriaci k Guafita Campo (stav APURE) prostredníctvom meraní magnetickej citlivosti a Mossbauer. Diplomová práca. Venezuelská univerzita.