Παραμαγνητισμός Αιτίες, Παραμαγνητικά Υλικά, Παραδείγματα και Διαφορές με Διαμαγνητισμό

Το παραμαγνητισμό είναι μια μορφή μαγνητισμού στην οποία ορισμένα υλικά προσελκύονται ασθενώς από ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο και σχηματίζουν εσωτερικά μαγνητικά πεδία που επάγονται προς την κατεύθυνση του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου.

Σε αντίθεση με αυτό που πολλοί συχνά σκέφτονται, οι μαγνητικές ιδιότητες δεν μειώνονται μόνο στις σιδηρομαγνητικές ουσίες. Όλες οι ουσίες έχουν μαγνητικές ιδιότητες, αν και σε ασθενέστερη μορφή. Οι ουσίες αυτές ονομάζονται παραμαγνητικές και διαμαγνητικές.

Με τον τρόπο αυτό, διακρίνονται δύο τύποι ουσιών: παραμαγνητικοί και διαμαγνητικοί. Με την παρουσία μαγνητικού πεδίου, τα παραμαγνητικά έλκονται προς την περιοχή όπου η ένταση του πεδίου είναι μεγαλύτερη. Αντίθετα, τα διαμαγνητικά έλκονται από την περιοχή του πεδίου στην οποία η ένταση είναι χαμηλότερη.

Όταν υπάρχουν μαγνητικά πεδία, τα παραμαγνητικά υλικά βιώνουν το ίδιο είδος έλξης και απόρριψης που βιώνουν οι μαγνήτες. Ωστόσο, όταν το μαγνητικό πεδίο εξαφανιστεί, η εντροπία τελειώνει την μαγνητική ευθυγράμμιση που είχε προκληθεί.

Με άλλα λόγια, παραμαγνητικά υλικά προσελκύονται από μαγνητικά πεδία, αν και δεν μετασχηματίζονται σε μόνιμα μαγνητισμένα υλικά. Μερικά παραδείγματα παραμαγνητικών ουσιών είναι: αέρας, μαγνήσιο, πλατίνα, αργίλιο, τιτάνιο, βολφράμιο και λίθιο, μεταξύ άλλων.

Ευρετήριο

• 1 Αιτίες
  • 1.1 Νόμος της Curie
• 2 Παραμαγνητικά υλικά
• 3 Διαφορές μεταξύ παραμαγνητισμού και διαμαγνητισμού
• 4 Εφαρμογές
• 5 Αναφορές 

Αιτίες

Ο παραμαγνητισμός οφείλεται στο γεγονός ότι ορισμένα υλικά αποτελούνται από άτομα και μόρια που έχουν μόνιμες μαγνητικές ροπές (ή δίπολα), ακόμα και όταν δεν υπάρχουν μαγνητικό πεδίο.

Οι μαγνητικές ροπές προκαλούνται από τις περιστροφές των μη συζευγμένων ηλεκτρονίων μετάλλων και άλλων υλικών που έχουν παραμαγνητικές ιδιότητες.

Σε καθαρό παραμαγνητισμό τα δίπολα δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, αλλά προσανατολίζονται τυχαία απουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου ως συνέπεια θερμικής ανάδευσης. Αυτό δημιουργεί μια μηδενική μαγνητική στιγμή.

Ωστόσο, όταν εφαρμόζεται ένα μαγνητικό πεδίο, τα δίπολα τείνουν να ευθυγραμμίζονται με το εφαρμοζόμενο πεδίο, με αποτέλεσμα μια καθαρή μαγνητική ροπή προς την κατεύθυνση του εν λόγω πεδίου και προσθήκη στο εξωτερικό πεδίο..

Σε κάθε περίπτωση, η ευθυγράμμιση των διπόλων μπορεί να εξουδετερωθεί από την επίδραση της θερμοκρασίας.

Με αυτό τον τρόπο, όταν θερμαίνεται το υλικό, η θερμική ανάδευση είναι σε θέση να αντισταθμίσει την επίδραση που έχει το μαγνητικό πεδίο στα δίπολα και οι μαγνητικές ροπές αναπροσανατολίζονται με χαοτικό τρόπο, μειώνοντας την ένταση του επαγόμενου πεδίου.

Νόμος του Κούρι

Ο νόμος του Curie αναπτύχθηκε πειραματικά από τον γάλλο φυσικό Pierre Curie το έτος 1896. Μπορεί να εφαρμοστεί μόνο όταν υπάρχουν υψηλές θερμοκρασίες και η παραμαγνητική ουσία είναι παρουσία αδύναμων μαγνητικών πεδίων.

Αυτό συμβαίνει επειδή δεν περιγράφει τον παραμαγνητισμό όταν ευθυγραμμίζεται μεγάλο μέρος των μαγνητικών ροπών.

Ο νόμος δηλώνει ότι η μαγνήτιση του παραμαγνητικού υλικού είναι άμεσα ανάλογη με την εφαρμοζόμενη ισχύ μαγνητικού πεδίου. Είναι γνωστός ως νόμος του Κούρι:

Μ = Χ ∙ Η = ΟΗ / Τ

Στο προηγούμενο τύπο Μ είναι η μαγνήτιση, το Η είναι η πυκνότητα μαγνητικής ροής του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου, το Τ είναι η θερμοκρασία που μετριέται σε Kelvin και το C είναι μια σταθερά που είναι ειδική για κάθε υλικό και ονομάζεται σταθερά Curie..

Από την παρατήρηση του νόμου του Κούρι προκύπτει επίσης ότι η μαγνήτιση είναι αντιστρόφως ανάλογη της θερμοκρασίας. Για το λόγο αυτό, όταν θερμαίνεται το υλικό, τα δίπολα και οι μαγνητικές ροπές τείνουν να χάνουν τον προσανατολισμό που αποκτάται από την παρουσία του μαγνητικού πεδίου..

Παραμαγνητικά υλικά

Τα παραμαγνητικά υλικά είναι όλα εκείνα τα υλικά με μαγνητική διαπερατότητα (ικανότητα μιας ουσίας να προσελκύσει ή να περάσει από ένα μαγνητικό πεδίο) παρόμοια με τη μαγνητική διαπερατότητα του κενού. Τέτοια υλικά παρουσιάζουν αμελητέο επίπεδο σιδηρομαγνητισμού.

Από φυσική άποψη, αναφέρεται ότι η σχετική μαγνητική διαπερατότητα (λόγος διαπερατότητας υλικό ή μέσο και η διαπερατότητα του κενού) είναι περίπου ίσο με 1 η οποία είναι η μαγνητική διαπερατότητα του κενού.

Μεταξύ των παραμαγνητικών υλικών υπάρχει ένας ιδιαίτερος τύπος υλικών που ονομάζεται υπερπαραμαγνητικός. Αν και ακολουθούν τον νόμο Curie, αυτά τα υλικά έχουν μια αρκετά υψηλή σταθερή τιμή Curie.

Διαφορές μεταξύ παραμαγνητισμού και διαμαγνητισμού

Ήταν ο Michael Faraday ο οποίος, τον Σεπτέμβριο του 1845, συνειδητοποίησε ότι στην πραγματικότητα όλα τα υλικά (όχι μόνο οι σιδηρομαγνήτες) αντιδρούν παρουσία μαγνητικών πεδίων.

Εν πάση περιπτώσει, η αλήθεια είναι ότι οι περισσότερες ουσίες έχουν διαμαγνητικό χαρακτήρα, αφού τα ζευγάρια των ηλεκτρονίων ζευγαρώνονται - και επομένως, με αντίθετη περιστροφή - λιγοστεύουν τη διαμαγνητισμό. Αντίθετα, μόνο όταν υπάρχουν μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια εμφανίζεται διαμαγνητισμός.

Και τα παραμαγνητικά και τα διαμαγνητικά υλικά έχουν μια ασθενή ευαισθησία στα μαγνητικά πεδία, αλλά ενώ στο πρώτο είναι θετική στα τελευταία, είναι αρνητική.

Τα διαμαγνητικά υλικά απωθούνται ελαφρά από ένα μαγνητικό πεδίο. Από την άλλη πλευρά, τα παραμαγνητικά έλκονται, αν και με μικρή δύναμη. Και στις δύο περιπτώσεις, όταν αφαιρείται το μαγνητικό πεδίο, τα αποτελέσματα του μαγνητισμού εξαφανίζονται.

Όπως έχει ήδη ειπωθεί, η συντριπτική πλειοψηφία των στοιχείων που απαρτίζουν τον περιοδικό πίνακα είναι διαμαγνητικά. Έτσι, παραδείγματα διαμαγνητικών ουσιών είναι το νερό, το υδρογόνο, το ήλιο και ο χρυσός.

Εφαρμογές

Δεδομένου ότι τα παραμαγνητικά υλικά έχουν μια συμπεριφορά παρόμοια με το κενό απουσία μαγνητικού πεδίου, οι εφαρμογές τους στη βιομηχανία είναι κάπως μειωμένες.

Μια από τις πιο ενδιαφέρουσες εφαρμογές του παραμαγνητισμού είναι ο Ηλεκτρονικός Παραμαγνητικός Συντονισμός (RPE), ο οποίος χρησιμοποιείται ευρέως στη φυσική, τη χημεία και την αρχαιολογία. Είναι μια φασματοσκοπική τεχνική με την οποία είναι δυνατό να ανιχνευτούν τα είδη με μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια.

Αυτή η τεχνική εφαρμόζεται στις ζυμώσεις, στη βιομηχανική παραγωγή πολυμερών, στη φθορά των κινητήρων και στην παραγωγή μπύρας, μεταξύ άλλων περιοχών. Κατά τον ίδιο τρόπο, η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ευρέως στη χρονολόγηση των αρχαιολογικών καταλοίπων.

Αναφορές

1. Παραμαγνητισμός (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 24 Απριλίου 2018, από το es.wikipedia.org.
2. Διαμαγνητισμός (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 24 Απριλίου 2018, από το es.wikipedia.org.
3. Παραμαγνητισμός (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 24 Απριλίου 2018, από το en.wikipedia.org.
4. Διαμαγνητισμός (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 24 Απριλίου 2018, από το en.wikipedia.org.
5. Chang, M.C. "Διαμαγνητισμός και Παραμαγνητισμός" (PDF). NTNU σημειώσεις διάλεξης. Ανακτήθηκε στις 25 Απριλίου 2018.
6. Orchard, Α. F. (2003) Μαγνητοχημεία. Oxford University Press.