Diamagnetismimateriaalit, sovellukset, esimerkit

Hän Diamagneettisuus Se on yksi niistä vastauksista, joita on ennen ulkoisen magneettikentän läsnäoloa. Sille on ominaista olla ristiriitainen tai päinvastoin kuin tämä magneettikenttä ja yleensä, ellei se ole materiaalin ainoa magneettinen vaste, sen voimakkuus on kaikkein heikoin.

Kun torjuva vaikutus on ainoa, jonka materiaali esittelee ennen magneettia, materiaalia pidetään diamagneettisina. Jos muut magneettiset vaikutukset ovat vallitsevia, riippuen siitä, mikä tämä on, sitä pidetään paramagneettisena tai ferromagneettisena.

Pala vismutia, diamagneettinen materiaali. Lähde: Pixabay.

Brugmans annetaan Sebaldille vuonna 1778 ensimmäinen viittaus minkä tahansa magneetin pylvään ja materiaalin pylvään väliseen torjuntaan, erityisesti näkyviin osissa, kuten vismutia ja antimonia.

Myöhemmin, vuonna 1845 Michael Faraday tutki tätä vaikutusta tarkemmin ja päätteli, että se oli koko asian luontainen ominaisuus.

[TOC]

Diamagneettiset materiaalit ja niiden vaste

Vismutin ja antimonin magneettinen käyttäytyminen ja muut, kuten kulta, kupari, helium ja aineet, kuten vesi ja puu, eroaa suuresti hyvin tunnetuista ja voimakkaasta magneettisesta vetovoimasta, jota magneettit käyttävät rautaa, nikkeliä tai koboltia.

Huolimatta siitä, että se on matalan intensiteetin vaste, ennen kuin ulkoinen magneettikenttä on riittävän voimakas, mikä tahansa diamagneettinen materiaali, jopa elävä orgaaninen aine, pystyy kokemaan erittäin merkittävän vastakkaisen magnetoinnin.

Nijmegenin korkean kentän magneettilaboratoriotutkijat Amsterdamin Nijmegenin korkean kentän magneettitutkijoiden luomista yhtä voimakasta kuin 16 Tesla (jo yksi yhdestä Teslasta.

On myös mahdollista levittää pieni magneetti ihmisen sormien välillä, diamagneettisuuden ja riittävän voimakkaan magneettikentän ansiosta. Magneettikentällä on sinänsä magneettinen voima, joka kykenee houkuttelemaan pientä magneettia ja voi yrittää, että tämä voima kompensoi painon, mutta pieni magneetti ei pysy kovin stabiilina sanottavaksi.

Heti kun koet vähimmäissiirron, iso magneetti houkuttelee sitä nopeasti. Kuitenkin kun ihmisen sormet seisovat magneettien välillä, pieni magneetti vakautuu ja Levita peukalon ja ihmisen indeksin välillä. Taikuus johtuu sormien aiheuttamasta vääristyksestä.

Mikä on magneettisen vasteen alkuperä asiassa?

Diamagneettisuuden alkuperä, joka on minkä tahansa aineen perustavanlaatuinen vaste ulkoisen magneettikentän vaikutukselle, on siinä, että atomit muodostuvat subatomisilla hiukkasilla, joilla on sähkövaraus.

Se voi palvella sinua: Big Bang -teoria: Ominaisuudet, vaiheet, todisteet, ongelmat

Nämä hiukkaset eivät ole staattisia ja niiden liike on vastuussa magneettikentän tuottamisesta. Aine on tietysti täynnä heitä, ja jonkinlainen magneettinen vaste voidaan aina odottaa missä tahansa materiaalissa, ei vain rautayhdisteissä.

Elektroni on tärkein vastuussa aineen magneettisista ominaisuuksista. Hyvin yksinkertaisessa mallissa voidaan olettaa, että tämä hiukkaset kiertävät atomi -ytimeen tasaisella pyöreällä liikkeellä. Tämä riittää, jotta elektroni käyttäytyy kuin pieni virta Spira, joka kykenee tuottamaan magneettikenttää.

Magnetointi tästä vaikutuksesta kutsutaan kiertoradan magnetointi. Mutta elektronilla on lisävaikutus atomismagneettisuuteen: luontainen kulmavirta.

Analogia sisäisen kulmavirran alkuperän kuvaamiseksi on olettaa, että elektronilla on kiertoliike akselinsa ympärillä, omaisuus, jota kutsutaan Espíniksi.

Koska spin on liikettä ja ladattujen hiukkasten, myös puhelun kanssa Spin -magnetointi.

Molemmat vaikutukset aiheuttavat verkkoa tai tuloksena olevaa magnetointia, mutta tärkein on juuri se, mikä johtuu spinistä. Ytimen protonit, vaikka niillä on sähkövaraus ja spin, eivät vaikuta merkittävästi atomin magnetointiin.

Diamagneettisissa materiaaleissa tuloksena oleva magnetointi on tyhjä, koska sekä kiertoradan että spin -momentin vaikutukset. Ensimmäinen Lenzin lain ja toisen takia, koska kiertoratojen elektronit on perustettu vastakkaisiin spin -pariin ja kerrokset on täytetty pari elektronia.

Magnetismi asiassa

Diamagneettinen vaikutus syntyy, kun orbitaalin magnetointi saa ulkoisen magneettikentän vaikutuksen. Näin saatu magnetointi on merkitty M Ja se on vektori.

Riippumatta siitä, mihin kenttä ohjataan, diamagneettinen vaste on aina torjuttava Lenzin lain ansiosta, jonka mukaan aiheuttama virta vastustaa spaasin ylittävän magneettisen vuon muutoksia.

Mutta jos materiaali sisältää jonkinlaista pysyvää magnetointia, vaste on vetovoima, näin on paramagnetismi ja ferromagnetismi.

Tarkastellaan ulkoista magneettikenttää kuvailtujen vaikutusten kvantifioimiseksi H, sovellettu isotrooppiseen materiaaliin (sen ominaisuudet ovat samat missä tahansa avaruuskohdassa), josta magnetoituminen on peräisin M. Tämän ansiosta sisälle luodaan magneettinen induktio B -, Vuorovaikutuksen seurauksena H ja M.

Se voi palvella sinua: yksidimensionaaliset aallot: matemaattinen ilmaisu ja esimerkit

Kaikki nämä määrät ovat vektoria. B - ja M Ne ovat verrannollisia H, Materiaalin μ ja magneettisen herkkyyden läpäisevyys χ, vastaavat suhteellisuusvakiot, jotka osoittavat, mikä on aineen erityinen vaste ulkoiseen magneettiseen vaikutukseen:

B - = μH

Materiaalin magnetointi on myös verrannollinen H-

M = χH

Yllä olevat yhtälöt ovat kelvollisia CGS -järjestelmässä. Niin paljon B - kuten H ja M Heillä on samat mitat, vaikkakin eri yksiköt. Puolesta B - Gaussia käytetään tässä järjestelmässä ja H Oersted käytetään. Syynä siihen on erottaa kenttä ulkoisesti materiaalin sisällä syntyneestä kentästä.

Kansainvälisessä järjestelmässä, jota yleisesti käytetään, ensimmäinen yhtälö saa jonkin verran erilaisen ulkonäön:

B - = μ_jompikumpi μ_{r -} H

μ_jompikumpi Se on tyhjän tilan magneettinen läpäisevyys, joka vastaa 4π x 10-7 T.m/a (tesla-metro/ampeeri) ja μ_{r -} Elatusaineen suhteellinen läpäisevyys viitaten tyhjiöön, joka on ulottumaton.

Magneettisen herkkyyden suhteen χ, joka on sopivin ominaisuus kuvaamaan materiaalin diamagneettisia ominaisuuksia, tämä yhtälö on kirjoitettu näin:

B - = (1 + χ) μ_jompikumpiH

Μ_{r -} = 1 + χ

Kansainvälisessä järjestelmässä B - tulee Tesla (t), kun H Se ilmaistaan ​​ampeerissa/metro, yksikkö, jonka ajatellaan soittavan Lenzille, mutta se on toistaiseksi jätetty perusyksiköihin.

Niissä materiaaleissa, joissa χ on negatiivinen, niitä pidetään diamagneettina. Ja näiden aineiden karakterisointi on hyvä parametri, koska χ niissä voidaan pitää vakiona ja riippumattomana lämpötilan arvona. Tämä ei ole materiaaleissa, joilla on enemmän magneettisia vasteita.

Yleensä χ on luokkaa -10^-6 A -10^-5. Suprajohtimille on tunnusomaista χ = -1, ja siksi sisäinen magneettikenttä peruutetaan kokonaan (Meisner Effect).

Ne ovat täydelliset diamagneettiset materiaalit, joissa diamagnetismi lakkaa olemasta heikko vaste, ja siitä tulee riittävän voimakas esineiden levitaamiseksi, kuten alussa on kuvattu.

Sovellukset: Magneto-enkefalografia ja vedenkäsittely

Elävät olennot on valmistettu vedestä ja orgaanisesta aineesta, jonka vaste magneettisuuteen on yleensä heikko. Kuitenkin diamagnetismi, kuten olemme sanoneet, on luontainen osa ainetta, mukaan lukien orgaaninen.

Ihmisten ja eläinten sisäpuolella kiertävät pienet sähkövirrat, jotka epäilemättä luovat magneettisen vaikutuksen. Samanaikaisesti, kun lukija seuraa näitä sanoja, pienet sähkövirrat kiertävät hänen aivoissaan, jotka antavat hänelle mahdollisuuden käyttää ja tulkita tietoja.

Voi palvella sinua: hetkellinen nopeus: Määritelmä, kaava, laskenta ja harjoitukset

Aivoissa esiintyvä heikko magnetointi on havaittavissa. Tekniikka tunnetaan nimellä Magneto-enkefalografia, joka käyttää kalmaria kutsuvia ilmaisimia (Suprajohtavat kvantihäiriölaitteet) Hyvin pienten magneettikenttien havaitsemiseksi, luokkaa 10^-viisitoista T.

Kalmarit pystyvät löytämään aivojen aktiivisuuden lähteitä valtavalla tarkkuudella. Ohjelmisto on vastuussa saatujen tietojen keräämisestä ja sen muuttamisesta yksityiskohtaiseksi aivojen aktiivisuuden karttaksi.

Ulkoiset magneettikentät voivat vaikuttaa aivoihin jollain tavalla. Kuinka paljon? Jotkut viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että noin 1 T: n melko voimakas magneettikenttä pystyy vaikuttamaan parietaaliseen lohkoon, keskeyttäen osittain aivojen aktiivisuuden lyhyillä hetkillä.

Toisaalta toiset, joissa vapaaehtoiset ovat viettäneet 40 tuntia magneetissa, joka tuottaa 4 t intensiteettiä, ovat jättäneet kärsimättä havaittavissa olevia kielteisiä vaikutuksia. Ainakin Ohion yliopisto on ilmoittanut, että toistaiseksi 8 T -kentällä ei ole riskiä.

Jotkut organismit, kuten bakteerit. Magnetiittia on löydetty myös monimutkaisemmissa organismeissa, kuten mehiläisissä ja lintuissa, jotka käyttäisivät sitä samalla tarkoituksella.

Onko ihmisen organismissa magneettisia mineraaleja? Kyllä, ihmisen aivoista on löydetty magnetiittia, vaikka sitä ei tiedetä, millä tarkoituksella on.  Voidaan spekuloida, että se on käyttötaito.

Veden käsittelyn suhteen se perustuu tosiasiaan, että sedimentit ovat pohjimmiltaan diamagneettisia aineita. On mahdollista käyttää voimakkaita magneettikenttiä ja siten poistaa kalsiumkarbonaatin, kipsin, suolan ja muiden aineiden sedimentit, jotka aiheuttavat vedessä kovuutta ja kertyvät putkiin ja astioihin.

Se on järjestelmä, jolla on monia etuja ympäristön säilyttämiseksi ja putkien ylläpitämiseksi hyvässä kunnossa pitkään ja edullisesti.

Viitteet

1. Eisberg, r. 1978.  Kvanttifysiikka. Limusa. 557 -577.
2. Nuori, Hugh. 2016. Sears-Zanskyn yliopistofysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14. ed. Pearson. 942
3. Zapata, f. (2003). Guafita 8x -öljykaivoon liittyvien mineralogioiden tutkimus Guafita Campoon (Apere State) magneettisen herkkyyden ja Mossbauerin mittauksiin. Tutkinto. Venezuelan keskusyliopisto.