Paramagnetisme

Vi forklarer hva paramagnetisme er, dens egenskaper, applikasjoner og gir flere eksempler

De permanente magnetiske momentene er tilfeldig orientert, men samsvarer med det påførte magnetfeltet. Kilde: Wikimedia Commons/F. Zapata.

Hva er paramagnetisme?

Han paramagnetisme Det er attraksjonen som noen materialer opplever i nærvær av et eksternt magnetfelt. Paramagnetiske stoffer er svakt tiltrukket av regionene der dette feltet er mer intenst.

Opprinnelsen til paramagnetisme er bevegelsen av elektroner i atomet, siden enhver bevegelig elektrisk ladning oppfører seg som en liten strømspira, og genererer sitt eget magnetfelt.

Magnetismen til elektronet og atomet er karakterisert gjennom vektorstørrelsen som kalles Magnetisk øyeblikk. Atomene til paramagnetiske materialer har nettet magnetiske momenter, siden de har mangler elektroner, det vil si ensomme elektroner i et orbital og hvis nettmagnetisk moment ikke er annullert av en annen.

Dette er hva som skjer i aluminium, et paramagnetisk stoff hvis 3p -orbital inneholder et enkelt elektron som gir atomet sitt nettmagnetiske moment. Jern derimot, hvis magnetisk respons er enda mer intens, har 4 manglende elektroner på sitt siste nivå.

Før du bruker det ytre feltet, er de magnetiske momentene til et materiale tilfeldig orientert og dermed er magnetiseringen, som er nettet magnetisk moment per volum enhet, tomrom. Men når det ytre feltet er påført, har magnetiske momenter en tendens til å være orientert i samme retning av feltet, selv om atomets termiske omrøring er motarbeidet, og forhindrer en fullstendig justering.

Når materialet fjernes fra det ytre feltet eller dette forsvinner, kommer de magnetiske momentene til et paramagnetisk stoff tilbake til den opprinnelige forstyrrelsens tilstand. Men mens de forblir justert, oppfører stoffet seg som en svak magnet.

Kjennetegn på paramagnetisme

Paramagnetiske materialer er preget av å presentere:

1.- Mer eksternt elektronisk lag delvis fullt.

2.- Permanente nettmagnetiske momenter, på grunn av tilstedeværelsen av manglende elektroner, hvis magnetiske moment ikke er kansellert med det til et annet elektron.

Det kan tjene deg: 13 eksempler på Newtons andre lov i hverdagen

3.- Magnetiske momenter orientert tilfeldig i fravær av et eksternt magnetfelt.

4.- Nettmagnetisering i nærvær av et eksternt felt, som forsvinner så snart feltet er undertrykt. Det skjer at justering med det ytre feltet favoriserer minimumsenergitilstanden til elektroner.

5.- Positiv og liten magnetisk mottakelighet: mellom 10⁻⁶ og 10⁻². Den magnetiske følsomheten er den dimensjonsløse indikatoren på stoffet for å magnetisere i nærvær av et eksternt felt.

6.- Reduksjon i magnetisering med temperatur. Paramagnetiske materialer overholder faktisk Curies lov:

Der χ er den magnetiske mottakeligheten, er T temperaturen i Kelvin og C er en konstant av materialet.

Paramagnetism -applikasjoner

Elektronisk paramagnetisk resonans

Denne teknikken oppdager paramagnetiske arter når du bruker et eksternt magnetfelt på molekylene til et paramagnetisk fast stoff, på denne måten er visse endringer i spinntilstander indusert, kalt overganger.

Deretter bruker elektromagnetisk energi i mikrobølgeområdet, er det mulig å produsere et bestemt absorpsjonsspekter, kalt Elektronisk spinnresonans.

Dette spekteret gjør det mulig å studere molekyler av organisk opprinnelse, for eksempel frie radikaler fra samspillet mellom organisk materiale og ioniserende stråling, og tilbyr blant annet verdifull informasjon om skaden produsert ved slik stråling i biologiske vev.

Uorganiske prøver kan også analyseres gjennom overgangsmetallerioner.

Magnetisk avkjøling

En veldig interessant anvendelse av visse paramagnetiske salter, for eksempel magnesiumnitrat, jern-ammoniumsulfat og jern-potassiumsulfat, er i området med lave temperaturer.

Når du bruker et variabelt eksternt magnetfelt, kan temperaturen på disse saltene variere, fenomen kjent som Magnetokalisk effekt, observert for første gang på slutten av 1800 -tallet i metalljern. På denne måten kan temperaturer i størrelsesorden 0 oppnås.01 k.

Prøvedating

I denne applikasjonen brukes prinsippene for elektronisk paramagnetisk resonans for å studere materialene som er utsatt for ioniserende stråling. Når en gjenstand mottar ioniserende stråling, som kan komme fra radioaktive mineraler av jordskorpen, er det spor, bestående av elektriske ladninger fanget i manglene i den krystallinske strukturen til materialet.

Kan tjene deg: Gjennomsnittshastighet

Dette fotavtrykket kalles Paramagnetic Center Og det kan påvises gjennom elektroniske paramagnetiske resonanseteknikker.

Det er mulig å tilby en dating som vet at verdien av elektriske ladninger i de paramagnetiske sentrene avhenger, både tiden som prøven ble utsatt for radioaktivitet og dose (energi per masseenhet mottatt).

På denne måten kan eldre prøver dateres enn radiokarbonmetoden tillater for eksempel skjeletttennene fra kvartæretiden, som inneholder strålesensitive mineraler.

Paramagnetiske oksygen sensorer

De brukes til å oppdage mengden oksygen i en prøve, siden oksygen er paramagnetisk, det vil si at det tiltrekkes av magnetfeltet til en magnet.

Sensoren består av en magnet som fungerer som en kilde til magnetfeltet, to kuler fulle av nitrogen (et ikke -paramagnetisk materiale) plassert på en roterende støtte mellom magnetens stolper og et speil midt i støtten.

En lysstråle påvirkes på speilet, som gjenspeiles mot fotoelektriske celler. Når oksygen er tiltrukket av magnetstenger, er det et dreiemoment som roterer kulene med nitrogen.

Takket være speilet blir denne bevegelsen oppdaget av fotoelektriske celler, som umiddelbart avgir et signal mot et system som genererer den elektriske strømmen som er nødvendig for å motvirke svingen. Denne strømmen er proporsjonal med mengden oksygen til stede og måles enkelt ved bruk av et ammeter.

Bilparamagnetisk maling

Denne bilmaling får bilen til å endre farge bare ved å trykke på en knapp, takket være en spesiell polymer som inneholder et paramagnetisk jernoksyd.

Det kan tjene deg: Norton Theorem: Beskrivelse, applikasjoner, eksempler og øvelser

Påføring av en elektrisk strøm, er de paramagnetiske partiklene på linje med feltet på en viss måte, noe som påvirker måten polymeren absorberer og reflekterer lyset, og produserer endringer i fargen.

Selvfølgelig, for at fargen skal endre bilen må være på. Når motoren er av, er basefargen vanligvis hvit.

Eksempler på paramagnetiske materialer

Følgende materialer har paramagnetisk oppførsel:

Oksygen (gassformig og væske)

Flytende oksygen fester seg til magnetstenger. Kilde: Jefferson Lab gjennom YouTube.

Oksygen er gassformig ved romtemperatur og en av hovedkomponentene i atmosfæren. En enkel opplevelse i laboratoriet viser at det flytende oksygenet som helles mellom polene til en magnet akkumuleres i disse.

Kuprisk sulfat

Denne forbindelsen har landbruksapplikasjoner, for eksempel soppdrepende, for å eliminere skadedyr som påvirker avlinger og som en skyld. En magnet tiltrekker seg lett en prøve av denne forbindelsen.

Aluminium

Aluminium er et lett, resistent og økonomisk metall med mange applikasjoner. Det er en del av kjøretøy, fly, husholdningsutstyr og er veldig brukt i konstruksjonen. En ball laget av aluminiumsfolie tiltrekkes også av en magnet.

Hydrogen

Atomisk hydrogen er det enkleste og mest tallrike elementet i universet, og er paramagnetisk på grunn av nettet magnetisk øyeblikk av det eneste elektronet.

Austenittisk stål

En av de mest brukte rustfrie stålene er austenittisk rustfritt stål (som inneholder austenitt, et jern og karbonforbindelse), med svake paramagnetiske egenskaper.

Referanser

1. Elektromedisin Notater. Sensorer: Paramagnetisk oksygenanalyse. Gjenopprettet fra: Pardell.er.
2. Cenam. Måling av magnetisk følsomhet. Gjenopprettet fra: Cenam.MX.
3. Materials Science Fundamentals Course. Gjenopprettet fra: UPV.er.
4. Jefferson Lab. Flytende nitrogen Vs. Flytende oksygen: Magnetisme. Gjenopprettet fra: YouTube.com.
5. Magnetiske egenskaper til materialer. Gjenopprettet fra: e-dukativ.Katedu.er.
6. Requena, a. Vitenskap og teknikk i antikken: elektronisk spin paleodood. Gjenopprettet fra: um.er.
7. Tormetal. Magnetisme og rustfritt stål. Gjenopprettet fra: Tormetal.com.
8. Smith, w. 1998. Fundamentals Engineering Fundamentals. McGraw Hill.