PARAMAGNETIZMUS: OKOK, PARAMAGNETIKAI ANYAGOK, PÉLDÁK - FIZIKAI - 2025

A paramagnetizmus a mágnesesség egy formája, amelyet bizonyos anyagok gyengén vonzanak egy külső mágneses mező által, és az alkalmazott mágneses mező irányában indukált belső mágneses mezőket képeznek.

Ellentétben azzal, amit sokan gyakran gondolnak, a mágneses tulajdonságok nem csak a ferromágneses anyagokra korlátozódnak. Minden anyagnak mágneses tulajdonságai vannak, még gyengébb módon is. Ezeket az anyagokat paramágnesesnek és diamagnetikusnak nevezik.

Ilyen módon kétféle anyagot lehet megkülönböztetni: paramágneses és diamagnetikus. Mágneses tér jelenlétében a paramágnesesek vonzódnak a zóna felé, ahol a térerő nagyobb. Ehelyett a diamagnetikákat a mező azon része vonzza, ahol a legalacsonyabb az intenzitás.

Mágneses terek jelenlétében a paramágneses anyagok ugyanolyan vonzerőt és visszatükröződést tapasztalnak, mint a mágnesek. Amikor azonban a mágneses mező eltűnik, az entrópia véget vet az indukált mágneses igazításnak.

Más szavakkal: a paramágneses anyagokat vonzzák a mágneses terek, bár nem válnak tartósan mágnesezett anyagokká. A paramágneses anyagok néhány példája: többek között: levegő, magnézium, platina, alumínium, titán, volfrám és lítium.

Okoz

A paramagnetizmus annak a ténynek köszönhető, hogy bizonyos anyagok atomokból és molekulákból állnak, amelyek állandó mágneses momentumokkal (vagy dipólokkal) rendelkeznek, még akkor is, ha nem vannak mágneses mező jelenlétében.

A mágneses momentumokat a páratlan elektronok spinjei okozzák a fémekben és más paramágneses tulajdonságokkal rendelkező anyagokban.

A tiszta paramagnetizmusban a dipolok nem lépnek kölcsönhatásba egymással, hanem véletlenszerűen orientálódnak külső mágneses mező hiányában, a hőmozgás következményeként. Ez nullapont mágneses momentumot generál.

Ha azonban mágneses mezőt alkalmaznak, akkor a dipolok hajlamosak egyezni az alkalmazott mezővel, így nettó mágneses nyomatékot eredményeznek a mező irányában, és hozzáadják a külső mezőhez.

Mindkét esetben a dipolok igazítását a hőmérséklet hatása ellensúlyozhatja.

Ilyen módon, amikor az anyag hevül, a hőkeverés képes ellensúlyozni a mágneses mező hatását a dipolokra, és a mágneses momentumok kaotikusan orientálódnak, csökkentve az indukált mező intenzitását.

Curie törvénye

Curie-törvényt kísérletileg a francia fizikus, Pierre Curie dolgozta ki 1896-ban. Ezt csak akkor lehet alkalmazni, ha magas hőmérsékletek vannak, és a paramágneses anyag gyenge mágneses mezők jelenlétében van.

Ennek oka az, hogy nem írja le a paramagnetizmust, ha a mágneses momentumok nagy része igazodik.

A törvény kimondja, hogy a paramágneses anyag mágnesezése közvetlenül arányos az alkalmazott mágneses mező intenzitásával. Ez az úgynevezett Curie-törvény:

M = X = H = CH / T

A fenti képletben az M a mágnesezés, H az alkalmazott mágneses mező mágneses fluxus sűrűsége, T a Kelvin-fokban mért hőmérséklet, C pedig az egyes anyagokra jellemző állandó, Curie-állandónak nevezzük.

A Curie-törvény betartása azt is mutatja, hogy a mágneseztetés fordítottan arányos a hőmérséklettől. Ezért az anyag melegítésekor a dipolok és a mágneses momentumok általában elveszítik a tájolást, amelyet a mágneses mező jelenléte kap.

Paramágneses anyagok

A paramágneses anyagok azok az anyagok, amelyek mágneses permeabilitása (az anyag képessége vonzza vagy megakadályozza a mágneses mező átjutását) hasonló a vákuum mágneses permeabilitásához. Az ilyen anyagok elhanyagolható mértékű ferromagnetizmust mutatnak.

Fizikai szempontból azt állítják, hogy annak relatív mágneses permeabilitása (az anyag vagy közeg permeabilitása és a vákuum permeabilitása közötti hányados) megközelítőleg 1-gyel egyenlő, ami a vákuum mágneses permeabilitása.

A paramágneses anyagok között létezik egy olyan anyagtípus, amelyet szuperparamágnesesnek hívnak. Noha ezeknek az anyagoknak a Curie-törvényt követik, ezeknek az anyagoknak meglehetősen magas a Curie-állandó értéke.

Különbségek a paramagnetizmus és a diamagnetizmus között

Michael Faraday 1845 szeptemberében rájött, hogy valójában minden anyag (nem csak a ferromágneses anyagok) reagál a mágneses mezők jelenlétére.

Mindenesetre az az igazság, hogy a legtöbb anyag diamagnetikus jellegű, mivel a párosított elektronpárok - és ezért ellentétes spinnel - gyengén támogatják a diamagnetizmust. Éppen ellenkezőleg, csak páratlan elektronok esetén fordul elő diamagnetizmus.

Mind a paramágneses, mind a diamagnetikus anyagok érzékenyek a mágneses terekre, ám míg az előbbiben ez pozitív, az utóbbiban negatív.

A diamagnetikus anyagokat egy mágneses mező enyhén taszítja; másrészt a paramagnetikákat vonzza, bár kevés erővel. Mindkét esetben, ha eltávolítják a mágneses teret, a mágnesezés hatásai eltűnnek.

Mint már említettük, a periódusos táblát alkotó elemek túlnyomó része diamagnetikus. Így a diamagnetikus anyagok példái a víz, a hidrogén, a hélium és az arany.

Alkalmazások

Mivel a paramágneses anyagok viselkedése hasonló a vákuumhoz mágneses mező hiányában, alkalmazásuk az iparban kissé korlátozott.

A paramagnetizmus egyik legérdekesebb alkalmazása az elektronikus paramágneses rezonancia (RPE), amelyet széles körben használnak a fizikában, a kémiában és a régészetben. Spektroszkópiás technika, amellyel párokatlan elektronokkal lehet kimutatni a fajokat.

Ezt a technikát alkalmazzák az erjesztésben, a polimerek ipari gyártásában, a motorolaj kopáshoz és a sörgyártáshoz, többek között a területeken. Hasonlóképpen, ezt a technikát széles körben használják a régészeti maradványok randizásában.

Irodalom

1. Paramagnetizmus (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 24-én, az es.wikipedia.org webhelyről.
2. Diamagnetizmus (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 24-én, az es.wikipedia.org webhelyről.
3. Paramagnetizmus (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 24-én, az en.wikipedia.org webhelyről.
4. Diamagnetizmus (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 24-én, az en.wikipedia.org webhelyről.
5. Chang, MC "Diamagnetizmus és paramagnetizmus" (PDF). NTNU előadások. Beérkezés 2018. április 25-én.
6. Orchard, AF (2003) Magnetokémia. Oxford University Press.