- Diamagnetinės medžiagos ir jų atsakas
- Kokia yra materijos magnetinio atsako kilmė?
- Magnetizmas materijoje
- Pritaikymas: magnetinė encefalografija ir vandens valymas
- Nuorodos
Diamagnetism yra vienas iš atsakymų yra iš išorinio magnetinio lauko buvimo klausimas. Jis apibūdinamas kaip priešingas arba priešingas šiam magnetiniam laukui ir paprastai, jei tai nėra vienintelis medžiagos magnetinis atsakas, jo intensyvumas yra silpniausias iš visų.
Kai atstumiamasis poveikis yra vienintelis, kurį medžiaga sukuria magnetui, medžiaga laikoma diamagnetine. Jei vyrauja kiti magnetiniai efektai, priklausomai nuo to, koks jis yra, jis bus laikomas paramagnetiniu arba feromagnetiniu.
Bismuto gabalas, diamagnetinė medžiaga. Šaltinis: „Pixabay“.
Sebaldas Brugmansas kredituojamas 1778 m., Pirmą kartą nurodant atstumą tarp bet kurio magneto poliaus ir medžiagos gabalo, ypač pastebimą tokiuose elementuose kaip bismutas ir stibis.
Vėliau, 1845 m., Michaelas Faradėjus atidžiau ištyrė šį poveikį ir padarė išvadą, kad tai yra neatsiejama viso materijos savybė.
Diamagnetinės medžiagos ir jų atsakas
Bismuto ir stibio bei kitų, tokių kaip auksas, varis, helis ir tokių medžiagų kaip vanduo ir medis, magnetinis elgesys labai skiriasi nuo gerai žinomo galingo magnetinio potraukio, kurį magnetai veikia geležį, nikelį ar kobaltas.
Nepaisant mažo intensyvumo atsako, esant pakankamai intensyviam išoriniam magnetiniam laukui, bet kuri diamagnetinė medžiaga, net ir gyvos organinės medžiagos, gali patirti labai ryškų priešingą įmagnetinimą.
Sukurdami tokio stiprumo magnetinius laukus, kokie yra 16 „Tesla“ (jau dabar „1 Tesla“ laikomi gana stipriais), Nyderlandų Nijmegeno aukšto lauko magnetų laboratorijos tyrėjai Nyderlanduose sugebėjo magnetiškai paleisti braškes, picas ir varles 1990 m.
Diamagnetizmo ir pakankamai stipraus magnetinio lauko dėka tarp žmogaus pirštų galima paleisti mažą magnetą. Pats savaime magnetinis laukas veikia magnetinę jėgą, galinčią pritraukti mažą magnetą jėga, ir jūs galite pabandyti priversti šią jėgą kompensuoti svorį, tačiau mažasis magnetas neišlieka labai stabilus.
Kai tik jis patiria minimalų poslinkį, didžiojo magneto veikiama jėga jį greitai pritraukia. Tačiau kai žmogaus pirštai atsiduria tarp magnetų, mažasis magnetas stabilizuojasi ir pasislenka tarp žmogaus nykščio ir smiliuko. Magija atsiranda dėl atstumiančio efekto, kurį sukelia pirštų diamagnetika.
Kokia yra materijos magnetinio atsako kilmė?
Diamagnetizmo, kuris yra pagrindinė bet kurios medžiagos reakcija į išorinio magnetinio lauko poveikį, kilmė yra ta, kad atomai yra sudaryti iš subatominių dalelių, turinčių elektrinį krūvį.
Šios dalelės nėra statinės ir jų judėjimas lemia magnetinio lauko susidarymą. Žinoma, materijos jų pilna, ir jūs visada galite tikėtis tam tikros magnetinės reakcijos į bet kurią medžiagą, o ne tik geležies junginius.
Už materijos magnetines savybes pirmiausia atsakingas elektronas. Pagal labai paprastą modelį galima manyti, kad ši dalelė tolygiai sukamaisiais judesiais skrieja aplink atominį branduolį. To pakanka, kad elektronas elgtųsi kaip maža srovės kilpa, galinti generuoti magnetinį lauką.
Dėl šio poveikio įmagnetinimas vadinamas orbitiniu įmagnetinimu . Bet elektronas turi papildomą indėlį į atomo magnetizmą: vidinį kampinį impulsą.
Vidinio kampinio impulso kilmei apibūdinti reikia manyti, kad elektronas sukasi apie savo ašį, tai savybė, vadinama sukiniu.
Būdamas judesys ir būdamas įkrauta dalelė, sukimas taip pat prisideda prie vadinamojo sukinio įmagnetinimo .
Dėl abiejų įnašų susidaro grynasis arba galutinis įmagnetinimas, tačiau svarbiausia yra būtent dėl sukinio. Branduolyje esantys protonai, nepaisant to, kad turi elektrinį krūvį ir sukinį, nedaug prisideda prie atomo įmagnetinimo.
Diamagnetinėse medžiagose įmagnetinimas yra lygus nuliui, nes tiek orbitos momento, tiek sukimosi momento įtampa atslūgsta. Pirmasis dėl Lenzo dėsnio, o antrasis, nes elektronai orbitalėse yra išdėstyti poromis su priešingais sukimais, o apvalkalai užpildyti lyginiu elektronų skaičiumi.
Magnetizmas materijoje
Diamagnetinis poveikis atsiranda, kai orbitos įmagnetinimą veikia išorinis magnetinis laukas. Tokiu būdu gautas įmagnetinimas žymimas M ir yra vektorius.
Nepriklausomai nuo to, kur nukreiptas laukas, diamagnetinis atsakas visada bus atstumiantis, atsižvelgiant į Lenco dėsnį, kuriame teigiama, kad indukuota srovė priešinasi bet kokiems magnetinio srauto pokyčiams per kilpą.
Bet jei medžiagoje yra tam tikras nuolatinis įmagnetinimas, atsakas bus patrauklumas, toks yra paramagnetizmas ir feromagnetizmas.
Kiekybiškai poveikis aprašyta, atsižvelgti išoriniame magnetiniame lauke, H , taikomą dėl izotropinėje medžiagos (jos savybės yra tokie patys bet kuriuo metu erdvės taške), per kurį įmagnetinimo M yra kilęs . Kaip rezultatas, viduje magnetine indukcija sukurtas B , kaip sąveikos, kuri atsiranda rezultatas tarp H ir M .
Visi šie kiekiai yra vektoriniai. B ir M yra proporcingos H , ty medžiagos pralaidumas μ ir magnetinis jautrumas χ, atitinkamos proporcingumo konstantos, rodančios, kokia yra konkreti medžiagos reakcija į išorinę magnetinę įtaką:
B = μ H
Medžiagos įmagnetinimas taip pat bus proporcingas H :
M = χ H
Aukščiau pateiktos lygtys galioja cgs sistemoje. Ir B, ir H, ir M turi tuos pačius matmenis, nors skirtingi vienetai. Už B gauso yra naudojamas šioje sistemoje ir H OERSTED yra naudojamas. Priežastis, kad tai padaryta, yra išoriškai pritaikomo lauko atskyrimas nuo lauko, sukuriamo medžiagos viduje.
Tarptautinėje sistemoje, kuri yra dažniausiai naudojama, pirmoji lygtis atrodo kiek kitaip:
B = μ arba μ r H
μ O yra magnetinės skvarbos tuščios erdvės, kuris yra lygiavertis 4π x 10-7 Tm / A (Teslameter / Ampero) ir μ R yra santykinė magnetinė skvarba su nuoroda į terpėje vakuume, kuris yra nedimensinis.
Kalbant apie magnetinį jautrumą χ, kuris yra tinkamiausias požymis apibūdinti medžiagos diamagnetines savybes, ši lygtis parašyta taip:
B = (1 + χ) μ arba H
Kai μ r = 1 + χ
Tarptautinėje sistemoje B yra Tesla (T), o H yra išreiškiamas amperu / metre, vienetu, kuris kadaise buvo vadinamas „Lenz“, bet kuris iki šiol buvo paliktas pagrindinių vienetų atžvilgiu.
Tose medžiagose, kuriose χ yra neigiamas, jos laikomos diamagnetinėmis. Tai yra geras parametras apibūdinti šias medžiagas, nes χ jose gali būti laikoma pastovia verte, nepriklausoma nuo temperatūros. Tai netaikoma medžiagoms, kurių magnetinis atsakas yra didesnis.
Paprastai χ yra nuo -10 -6 iki -10 -5 . Superlaidininkams būdingi χ = -1, todėl vidinis magnetinis laukas visiškai panaikinamas (Meisnerio efektas).
Tai yra tobula diamagnetinė medžiaga, kurioje diamagnetizmas nebetenka silpnos reakcijos ir tampa pakankamai stiprus, kad levitavo daiktus, kaip aprašyta pradžioje.
Pritaikymas: magnetinė encefalografija ir vandens valymas
Gyvi daiktai yra pagaminti iš vandens ir organinių medžiagų, kurių reakcija į magnetizmą paprastai yra silpna. Tačiau diamagnetizmas, kaip minėjome, yra neatskiriama materijos dalis, įskaitant organines medžiagas.
Žmonių ir gyvūnų viduje cirkuliuoja mažos elektros srovės, kurios neabejotinai sukuria magnetinį efektą. Tuo metu, kai skaitytojas akimis seka šiuos žodžius, jo smegenyse cirkuliuoja mažos elektros srovės, leidžiančios jam pasiekti ir interpretuoti informaciją.
Aptiktas silpnas smegenyse įmagnetinimas. Ši technika yra žinoma kaip magnetoencefalografija, kurioje naudojami detektoriai, vadinami SQUID (Superlaidūs kvantiniai interferenciniai įtaisai) labai mažiems magnetiniams laukams aptikti, esant 10–15 T.
SQUIDs gali labai tiksliai nustatyti smegenų veiklos šaltinius. Programinė įranga yra atsakinga už gautų duomenų rinkimą ir pavertimą išsamiu smegenų veiklos žemėlapiu.
Išoriniai magnetiniai laukai tam tikru būdu gali paveikti smegenis. Kiek? Kai kurie naujausi tyrimai parodė, kad gana intensyvus magnetinis laukas, maždaug 1 T, gali paveikti parietalinę skiltį ir trumpam nutraukti smegenų veiklą.
Kita vertus, kiti savanoriai, praleidę 40 valandų magneto, sukuriančio 4 T intensyvumą, viduje, nepajuto pastebimo neigiamo poveikio. Bent jau Ohajo universitetas nurodė, kad kol kas nėra jokios rizikos likti 8 T lauke.
Kai kurie organizmai, tokie kaip bakterijos, sugeba įtraukti mažus magnetito kristalus ir juos panaudoti orientuodamiesi Žemės magnetiniame lauke. Magnetas taip pat rastas sudėtingesniuose organizmuose, tokiuose kaip bitės ir paukščiai, kurie jį naudotų tam pačiam tikslui.
Ar žmogaus kūne yra magnetinių mineralų? Taip, magnetitas buvo rastas žmogaus smegenyse, nors nežinoma, kokiu tikslu jis ten yra. Galima būtų spėlioti, kad tai yra pasenęs įgūdis.
Kalbant apie vandens valymą, remiamasi tuo, kad nuosėdos iš esmės yra diamagnetinės medžiagos. Stiprūs magnetiniai laukai gali būti naudojami kalcio karbonato nuosėdoms, gipsui, druskai ir kitoms medžiagoms, kurios kietina vandenį, kaupiasi vamzdžiuose ir induose.
Tai sistema, turinti daugybę pranašumų, tausojanti aplinką ir užtikrinanti, kad vamzdžiai būtų tvarkingi ilgą laiką ir pigiai.
Nuorodos
- Eisberg, R. 1978. Kvantinė fizika. Limusa. 557–577.
- Jaunas, Hugh. 2016. Searso-Zemanskio universiteto fizika su šiuolaikine fizika. 14-asis Ed Pearsonas. 942
- Zapata, F. (2003). Mineralogijų, susijusių su „Guafita 8x“ naftos šuliniu, priklausančiu „Guafita“ laukui (Apure valstijoje), tyrimas naudojant Mossbauerio magnetinio jautrumo ir spektroskopijos matavimus. Diplominis darbas. Centrinis Venesuelos universitetas.