Diamagnetizmas: diamagnetinės medžiagos, programos ir pavyzdžiai

Diamagnetizmas yra vienas iš atsakymų, turinčių išorinio magnetinio lauko buvimą. Jis apibūdinamas kaip priešingas ar priešingas šiam magnetiniam laukui ir paprastai, nebent tai yra vienintelis medžiagos magnetinis atsakas, jo intensyvumas yra silpniausias iš visų.

Kai atstumiantis poveikis yra vienintelis, kurį medžiaga pateikia prieš magnetą, medžiaga laikoma diamagnetine. Jei vyrauja kiti magnetiniai efektai, priklausomai nuo to, kas yra, jis bus laikomas paramagnetiniu arba feromagnetiniu.

1778 m. Jis buvo priskirtas Sebaldui Brugmansui pirmoji nuoroda į bet kokio magneto polių ir medžiagos gabalo atbaidymą, ypač akivaizdų elementų, tokių kaip bismutas ir antimonas.

Vėliau, 1845 m., Michaelas Faradėjus šį poveikį ištyrė atidžiau ir padarė išvadą, kad tai yra visų dalykų savybė.

Diamagnetinės medžiagos ir jų atsakas

Bismuto ir antimono bei kitų medžiagų, pvz., Aukso, vario, helio ir medžiagų, pvz., Vandens ir medžio, magnetinis elgesys labai skiriasi nuo žinomo ir galingo magnetinio pritraukimo, kurį magnetai daro geležies, nikelio ar kobalto

Nepaisant to, kad apskritai mažo intensyvumo atsakas, prieš pakankamai stiprų išorinį magnetinį lauką, bet kuri deimagnetinė medžiaga, net ir gyva organinė medžiaga, gali patirti labai pastebimą priešingą magnetizaciją.

Gaminant magnetinius laukus taip intensyviai, kaip 16 „Tesla“ (ir vienas iš 1 „Tesla“ laikomas gana intensyviu), „Nijmegen High Field Magnet“ laboratorijos tyrėjai Amsterdame Olandijoje devintajame dešimtmetyje sugebėjo magnetiškai levituoti braškes, picas ir varles.

Taip pat galima paslėpti nedidelį magnetą tarp žmogaus pirštų dėl diamagnetizmo ir pakankamai stipraus magnetinio lauko. Magnetinis laukas pats savaime pasižymi magnetine jėga, galinčia stipriai pritraukti mažą magnetą, ir gali būti bandoma, kad ši jėga kompensuoja svorį, tačiau mažas magnetas lieka labai stabilus.

Kai tik patiria minimalų poslinkį, didelio magneto jėga greitai pritraukia jį. Tačiau, kai žmogaus pirštai yra tarp magnetų, mažas magnetas stabilizuojasi ir išsiskleidžia tarp asmens nykščio ir smiliaus. Magija atsiranda dėl pasipriešinimo, kurį sukelia pirštų diamagnetizmas.

Kokia yra magnetinio atsako kilmė?

Diamagnetizmo, kuris yra esminis bet kurios medžiagos atsakas į išorinio magnetinio lauko veikimą, kilmė yra tai, kad atomai yra sudaryti iš subatominių dalelių, turinčių elektrinį krūvį.

Šios dalelės nėra statinės ir jų judėjimas yra atsakingas už magnetinio lauko susidarymą. Žinoma, medžiaga yra pilna jų, ir jūs visada galite tikėtis tam tikros magnetinės reakcijos bet kurioje medžiagoje, o ne tik geležies junginiuose.

Elektronas pirmiausia yra atsakingas už medžiagos magnetines savybes. Labai paprastu modeliu galima daryti prielaidą, kad ši dalelė orbita su atominiu branduoliu vienodu apskritimu. Tai pakankamai, kad elektronas elgtųsi kaip maža srovės kilpa, galinti generuoti magnetinį lauką.

Iš šio efekto atsirandantis magnetizavimas vadinamas orbitiniu magnetizavimu . Tačiau elektronas papildomai prisideda prie atomo magnetizmo: vidinio kampinio momento.

Analogiškai apibūdinti vidinio kampinio momento kilmę yra manyti, kad elektronas turi sukimosi judėjimą aplink savo ašį, turtą, kuris gauna sukimo pavadinimą.

Būdamas judesiu ir kaip įkrauta dalelė, sukimas taip pat prisideda prie vadinamojo sukimosi magnetavimo .

Abu įnašai sukelia netiesioginį magnetizavimą arba atsiradimą, tačiau svarbiausia yra tai, kad dėl sukimosi. Branduolio protonai, nors ir turi elektrinį krūvį ir nugara, reikšmingai neprisideda prie atomo magnetizacijos.

Diamagnetinėse medžiagose gautas magnetizavimas yra nulis, nes tiek orbitos momento, tiek sukimo momento įnašai atšaukiami. Pirmasis dėl Lenzo įstatymo ir antrojo, nes orbitose esantys elektronai yra suformuoti poromis su priešingu nugara ir sluoksniai užpildyti lygiu elektronų skaičiumi.

Magnetizmas medžiagoje

Diamagnetinis efektas atsiranda, kai orbitos magnetizavimą veikia išorinis magnetinis laukas. Taip gautas magnetizavimas žymimas M ir vektorius.

Nepriklausomai nuo to, kur laukas yra, deimantinis atsakas visada bus atbaidantis dėl Lenzo įstatymo, kuriame teigiama, kad sukeltas srovė prieštarauja bet kokiam magnetinio srauto pasikeitimui per kilpą.

Bet jei medžiaga turi tam tikrą nuolatinį magnetizavimą, atsakymas bus patrauklus, pavyzdžiui, paramagnetizmo ir feromagnetizmo atveju.

Apibūdinant aprašytus efektus, apsvarstykite išorinį magnetinį lauką H, taikomą izotropinei medžiagai (jos savybės yra vienodos bet kuriame erdvės taške), per kurį atsiranda M magnetizacija. Dėl šios priežasties sukuriama magnetinė indukcija B, kuri atsiranda dėl sąveikos tarp H ir M.

Visi šie kiekiai yra vektoriniai. B ir M yra proporcingi H, su medžiagos μ pralaidumu ir magnetiniu jautrumu χ, atitinkamomis proporcingumo konstantomis, kurios nurodo, koks yra konkretus medžiagos atsakas į išorinį magnetinį poveikį:

B = μ H

Medžiagos magnetizavimas taip pat bus proporcingas H :

M = χ H

Pirmiau pateiktos lygtys galioja cgs sistemoje. Tiek B, tiek H ir M turi tuos pačius matmenis, nors ir skirtingi vienetai. B sistemoje šioje sistemoje naudojama „Gauss“, o „ H“ - „oersted“. Taip yra dėl to, kad taikytinas laukas būtų išskiriamas iš lauko, kuris yra sukurtas medžiagos viduje.

Tarptautinėje sistemoje, kuri yra dažniausiai naudojama, pirmoji lygtis įgyja šiek tiek kitokią išvaizdą:

B = μ _arba μ _r H

μ _arba yra tuščios vietos, kuri yra lygi 4π x 10-7 Tm / A (Tesla-metras / Ampere), magnetinis pralaidumas ir μ _r yra santykinis terpės pralaidumas, susijęs su vakuumu, kuris yra be matmens.

Kalbant apie magnetinį jautrumą χ, kuris yra tinkamiausia charakteristika medžiagos deformacinėms savybėms apibūdinti, ši lygtis parašyta taip:

B = (1 + χ) μ _arba H

Su μ _r = 1 + χ

Tarptautinėje sistemoje B ateina Tesla (T), o H yra išreikštas Amperu / metru, vienetu, kuris, kaip manoma, vadinamas Lenzu, bet buvo paliktas pagal pagrindinius vienetus.

Tose medžiagose, kuriose χ yra neigiamas, jie laikomi diamagnetiniais. Ir tai yra geras parametras apibūdinti šias medžiagas, nes them jose galima atsižvelgti į pastovią vertę, nepriklausomą nuo temperatūros. Taip nėra medžiagų, turinčių daugiau magnetinių atsakų, atveju.

Apskritai χ yra nuo -10 iki 6 iki -10-5. Superlaidininkai pasižymi χ = -1, todėl vidinis magnetinis laukas yra visiškai atšauktas („Meisner“ efektas).

Jie yra tobulos diamagnetinės medžiagos, kuriose diamagnetizmas nustoja būti silpnas atsakas ir tampa pakankamai intensyvus, kad būtų galima suskirstyti objektus, kaip aprašyta pradžioje.

Naudojimas: magneto encefalografija ir vandens valymas

Gyvos būtybės yra pagamintos iš vandens ir organinių medžiagų, kurių atsakas į magnetizmą paprastai yra silpnas. Tačiau, kaip jau minėjome, diamagnetizmas yra esminė medžiagos, įskaitant organinę, dalis.

Mažos elektros srovės cirkuliuoja žmonėms ir gyvūnams, kurie neabejotinai sukuria magnetinį efektą. Šiuo metu, kai skaitytojas seka šiuos žodžius, smegenyse cirkuliuoja nedidelės elektros srovės, leidžiančios jam pasiekti ir interpretuoti informaciją.

Silpnas magnetizavimas, kuris atsiranda smegenyse, yra aptinkamas. Ši technika yra žinoma kaip magneto-encefalografija, kuri naudoja detektorius, vadinamus SQUID ( superlaidieji kvantiniai trukdžių įrenginiai ), kad aptiktų labai mažus magnetinius laukus, apie 10-15 T.

SQUIDs gali tiksliai nustatyti smegenų veiklos šaltinius. Programinė įranga yra atsakinga už gautų duomenų rinkimą ir transformavimą į detalų smegenų veiklos žemėlapį.

Išoriniai magnetiniai laukai gali paveikti smegenis. Kiek? Kai kurie naujausi tyrimai parodė, kad gana intensyvus apie 1 T magnetinis laukas gali paveikti parietinę skilties dalį, trumpą laiką nutraukdamas smegenų veiklos dalį.

Kita vertus, kiti, kuriuose savanoriai praleido 40 valandų magneto, kuris gamina 4 T intensyvumą, viduje, nepalikdami pastebimų neigiamų padarinių. Ohajas universitetas bent jau nurodė, kad iki šiol nėra pavojaus likti 8 T laukuose.

Kai kurie organizmai, tokie kaip bakterijos, gali įtraukti mažus magnetito kristalus ir juos naudoti orientuojantis į Žemės magnetinį lauką. Be to, magnetitas buvo rastas sudėtingesniuose organizmuose, tokiuose kaip bitės ir paukščiai, kurie jį naudos tam pačiam tikslui.

Ar žmogaus organizme yra magnetinių mineralų? Taip, magnetitas randamas žmogaus smegenyse, nors nežinoma, kokiam tikslui jis yra. Galima spėlioti, kad tai yra nepanaudotas įgūdis.

Kalbant apie vandens valymą, jis pagrįstas tuo, kad nuosėdos iš esmės yra diamagnetinės medžiagos. Galima naudoti intensyvius magnetinius laukus ir taip pašalinti kalcio karbonato, gipso, druskos ir kitų medžiagų nuosėdas, kurios sukelia kietumą vandenyje ir kaupiasi vamzdžiuose ir konteineriuose.

Tai sistema, turinti daug privalumų aplinkos išsaugojimui ir vamzdžių geram laikymui ilgą laiką ir mažomis kainomis.