Diamagnetisme materialer, applikasjoner, eksempler

Han Diamagnetisme Det er et av svarene som saken har før tilstedeværelsen av et eksternt magnetfelt. Det er preget av å være i strid eller motsatt av dette magnetfeltet, og vanligvis, med mindre det er den eneste magnetiske responsen til materialet, er intensiteten den svakeste av alle.

Når den frastøtende effekten er den eneste som et materiale presenterer før en magnet, regnes materialet som diamagnetisk. Hvis andre magnetiske effekter dominerer, avhengig av hva dette er, vil det bli betraktet som paramagnetisk eller ferromagnetisk.

Et stykke vismut, diamagnetisk materiale. Kilde: Pixabay.

Brugmans tilskrives Sebald i 1778 Den første referansen til frastøtningen mellom noen av polene til en magnet og et stykke materiale, spesielt tydelig i elementer som vismut og antimon.

Senere, i 1845, studerte Michael Faraday denne effekten mer nøye og konkluderte med at det var en iboende egenskap av hele saken.

[TOC]

Diamagnetiske materialer og deres svar

Den magnetiske oppførselen til vismut og antimon, og andre som gull, kobber, helium og stoffer som vann og tre, skiller seg veldig fra den velkjente og kraftige magnetiske attraksjonen som magneter utøver på jern, nikkel eller kobolt.

Til tross for at det er en respons med lav intensitet, før et eksternt magnetfelt intens nok, er ethvert diamagnetisk materiale, til og med levende organisk materiale, i stand til å oppleve en veldig bemerkelsesverdig motsatt magnetisering.

Å generere magnetfelt så intense som 16 Tesla (allerede en av 1 Tesla regnes som ganske intens), Nijmegen High Field Magnet Laboratory -forskere av Amsterdam i Nether.

Det er også mulig å levitere en liten magnet mellom fingrene til en person, takket være diamagnetisme og et magnetisk felt intens nok. I seg selv utøver magnetfeltet en magnetisk kraft som er i stand til å tiltrekke seg en liten magnet og kan prøve at denne kraften kompenserer for vekt, men den lille magneten forblir ikke veldig stabil å si.

Så snart du opplever en minimumsforskyvning, tiltrekker kraften utøvd av den store magneten raskt den. Imidlertid, når menneskelige fingre står mellom magneter, stabiliserer den lille magneten og levita mellom tommelen og personens indeks. Magi skyldes frastøtning forårsaket av fingre diamagnetisme.

Hva er opprinnelsen til den magnetiske responsen i saken?

Opprinnelsen til diamagnetisme, som er den grunnleggende responsen til ethvert stoff på virkningen av et ytre magnetfelt, ligger i det faktum at atomer dannes av subatomiske partikler som har elektrisk ladning.

Det kan tjene deg: Teori om Big Bang: Kjennetegn, stadier, bevis, problemer

Disse partiklene er ikke statiske, og bevegelsen deres er ansvarlig for å produsere magnetfelt. Selvfølgelig er materie full av dem, og en slags magnetisk respons kan alltid forventes i noe materiale, ikke bare av jernforbindelser.

Elektronet er hovedansvaret for de magnetiske egenskapene til saken. I en veldig enkel modell kan det antas at denne partikkelen går i bane rundt atomkjernen med en jevn sirkulær bevegelse. Dette er nok til at elektronet kan oppføre seg som en liten strøm -spira som er i stand til å generere magnetfelt.

Magnetisering fra denne effekten kalles Orbital magnetisering. Men elektronet har et ekstra bidrag til atommagnetismen: den iboende vinkelmomentet.

En analogi for å beskrive opprinnelsen til det iboende vinkelmomentet er å anta at elektronet har en rotasjonsbevegelse rundt sin akse, egenskap som kalles ESPín.

Å være en bevegelse og for å være en lastet partikkel, bidrar spinnet også med samtalen Spinnmagnetisering.

Begge bidragene gir nettet eller resulterende magnetisering, men det viktigste er nettopp det som skyldes spinnet. Protoner i kjernen, selv om de har elektrisk ladning og spinn, bidrar ikke vesentlig til magnetiseringen av atomet.

I diamagnetiske materialer er den resulterende magnetiseringen ugyldig, siden bidragene fra både orbital og spinnmoment. Den første på grunn av Lenzs lov og den andre, fordi elektroner i orbitalene er etablert i motsatte spinnpar og lagene er fylt med et par elektroner.

Magnetisme i saken

Den diamagnetiske effekten oppstår når orbital magnetisering får påvirkning av et eksternt magnetfelt. Den således oppnådde magnetiseringen er betegnet M Og det er en vektor.

Uansett hvor feltet er rettet, vil den diamagnetiske responsen alltid være frastøtende takket være Lenzs lov, som sier at den induserte strømmen motsetter seg enhver endring i magnetisk fluks som krysser spasen.

Men hvis materialet inneholder en slags permanent magnetisering, vil responsen være tiltrekning, slik er tilfellet med paramagnetisme og ferromagnetisme.

For å kvantifisere effektene som er beskrevet, la oss vurdere et eksternt magnetfelt H, brukt på et isotropisk materiale (dets egenskaper er de samme når som helst i rommet), hvor en magnetisering har sin opprinnelse M. Takket være dette opprettes en magnetisk induksjon inne B, som et resultat av samspillet som oppstår mellom H og M.

Det kan tjene deg: Unidimensjonale bølger: Matematisk uttrykk og eksempler

Alle disse mengdene er vektor. B og M De er proporsjonale med H, Å være permeabiliteten til materiale μ og magnetisk følsomhet χ, de respektive proporsjonalitetskonstantene, som indikerer hvilken som er den spesielle responsen til stoffet på ytre magnetisk påvirkning:

B = μH

Magnetisering av materialet vil også være proporsjonal med H:

M = χH

Ovennevnte ligninger er gyldige i CGS -systemet. Så mye B som H og M De har de samme dimensjonene, selv om forskjellige enheter. Til B Gauss brukes i dette systemet og for H Oersted brukes. Årsaken til å gjøre det er å skille feltet eksternt fra feltet som genereres inne i materialet.

I det internasjonale systemet, som ofte brukes, får den første ligningen et noe annet utseende:

B = μ_enten μ_r H

μ_enten Det er den magnetiske permeabiliteten til tomt rom som tilsvarer 4π x 10-7 t.m/a (tesla-metro/ampere) og μ_r Det er den relative permeabiliteten til mediet med henvisning til et vakuum, som er dimensjonsløst.

Når det gjelder magnetisk følsomhet χ, som er den mest passende egenskapen for å beskrive de diamagnetiske egenskapene til et materiale, er denne ligningen skrevet slik:

B = (1 + χ) μ_entenH

Med μ_r = 1 + χ

I det internasjonale systemet B kommer i Tesla (t), mens H Det kommer til uttrykk i Ampere/Metro, en enhet som en tid ble antatt å kalle Lenz, men som så langt har blitt stående når det gjelder de grunnleggende enhetene.

I de materialene der χ er negative, blir de betraktet som diamagnetiske. Og det er en god parameter for å karakterisere disse stoffene, siden χ i dem kan betraktes som en konstant og uavhengig verdien av temperaturen. Dette er ikke i materialene som har mer magnetiske responser.

Vanligvis er χ i størrelsesorden -10^-6 A -10^-5. Superledere er preget av å ha χ = -1, og derfor blir det interne magnetfeltet fullstendig kansellert (Meisner Effect).

De er de perfekte diamagnetiske materialene, der diamagnetisme slutter å være en svak respons, og blir intens nok til å levitere gjenstander, som beskrevet i begynnelsen.

Bruksområder: Magneto-encefalografi og vannbehandling

Levende vesener er laget av vann og organisk materiale, hvis respons på magnetisme vanligvis er svak. Imidlertid er diamagnetisme, som vi har sagt, en iboende del av materien, inkludert organisk.

I det indre av mennesker og dyr sirkulerer små elektriske strømmer som utvilsomt skaper magnetisk effekt. I samme øyeblikk, mens leseren følger disse ordene, sirkulerer små elektriske strømmer i hjernen hans som lar ham få tilgang til og tolke informasjonen.

Kan tjene deg: øyeblikkelig hastighet: Definisjon, formel, beregning og øvelser

Den svake magnetiseringen som oppstår i hjernen er påvisbar. Teknikken er kjent som Magneto-encefalografi, som bruker detektorer kalt blekksprut (Superledende kvanteinterferensenheter) Å oppdage veldig små magnetfelt, i størrelsesorden 10^-femten T.

Blekksprut er i stand til å finne kilder til hjerneaktivitet med enorm presisjon. En programvare er ansvarlig for å samle inn dataene som er innhentet og transformere dem til et detaljert kart over hjerneaktivitet.

Eksterne magnetfelt kan påvirke hjernen på noen måte. Hvor mye? Noen nyere undersøkelser har vist at et ganske intenst magnetfelt, på omtrent 1 t er i stand til å påvirke parietalben, og avbryter i en del av hjerneaktiviteten med korte øyeblikk.

Andre derimot, der frivillige har brukt 40 timer i en magnet som produserer 4 t intensitet, har forlatt uten å lide observerbare negative effekter. Universitetet i Ohio har i det minste indikert at det så langt ikke er noen risiko for å forbli innen 8 t -felt.

Noen organismer som bakterier er i stand til å inkorporere små magnetittkrystaller og bruke dem til å orientere seg innenfor jordens magnetfelt. Magnetitt er også funnet i mer komplekse organismer som bier og fugler, som vil bruke den med samme formål.

Er det magnetiske mineraler i den menneskelige organismen? Ja, magnetitt er funnet i den menneskelige hjernen, selv om den er ukjent med hvilket formål som er der.  Det kan spekuleres i at det er en disbruksevne.

Når det gjelder behandling av vann, er det basert på at sedimenter i utgangspunktet er diamagnetiske stoffer. Det er mulig å bruke intense magnetfelt og dermed fjerne sedimentene av kalsiumkarbonat, gips, salt og andre stoffer som forårsaker hardhet i vannet og akkumuleres i rørene og beholderne.

Det er et system med mange fordeler å bevare miljøet og opprettholde rørene i god stand i lang tid og til lav pris.

Referanser

1. Eisberg, r. 1978.  Kvantefysikk. Limusa. 557 -577.
2. Young, Hugh. 2016. Sears-Zanskys universitetsfysikk med moderne fysikk. 14. utg. Pearson. 942
3. Zapata, f. (2003). Studie av mineralogier assosiert med Guafita 8X oljebrønn som tilhører Guafita Campo (Apure State) gjennom målinger av magnetisk følsomhet og Mossbauer. Grad avhandling. Central University of Venezuela.