Diamagnetisme -materialen, toepassingen, voorbeelden

Hij Diamagnetisme Het is een van de antwoorden die ertoe heeft vóór de aanwezigheid van een extern magnetisch veld. Het wordt gekenmerkt door tegengesteld te zijn of tegengesteld aan dit magnetische veld en meestal, tenzij het de enige magnetische respons van het materiaal is, is de intensiteit de zwakste van allemaal.

Wanneer het afstotende effect de enige is die een materiaal voor een magneet presenteert, wordt het materiaal als diamagnetisch beschouwd. Als andere magnetische effecten overheersen, afhankelijk van wat dit is, wordt dit als paramagnetisch of ferromagnetisch beschouwd.

Een stuk bismut, diamagnetisch materiaal. Bron: Pixabay.

Brugmans wordt in 1778 toegeschreven aan Sebald de eerste verwijzing naar de afstoting tussen een van de polen van een magneet en een stuk materiaal, vooral duidelijk in elementen zoals bismut en antimonie.

Later, in 1845, bestudeerde Michael Faraday dit effect zorgvuldiger en concludeerde dat het een inherente eigenschap van de hele zaak was.

[TOC]

Diamagnetische materialen en hun reactie

Het magnetische gedrag van bismut en antimoon, en anderen zoals goud, koper, helium en stoffen zoals water en hout, verschilt sterk van de goed bekende en krachtige magnetische aantrekkingskracht die magneten uitoefenen op ijzer, nikkel of kobalt.

Ondanks dat het een respons met lage intensiteit is, voordat een extern magnetisch veld intens genoeg genoeg is, is elk diamagnetisch materiaal, zelfs levend organisch materiaal, in staat om een ​​zeer opmerkelijke tegengestelde magnetisatie te ervaren.

Het genereren van magnetische velden die zo intens zijn als 16 Tesla (al een van de 1 Tesla wordt als vrij intens beschouwd), Nijmegen High Field Magnet Laboratory Researchers van Amsterdam in de Nether.

Het is ook mogelijk om een ​​kleine magneet tussen de vingers van een persoon te zweven, dankzij diamagnetisme en een magnetisch veld dat intens genoeg is. Op zichzelf oefent het magnetische veld een magnetische kracht uit die een kleine magneet aanneemt en kan proberen dat deze kracht compenseert voor gewicht, maar de kleine magneet blijft niet erg stabiel om te worden gezegd.

Zodra je een minimale verplaatsing ervaart, trekt de kracht uit die de grote magneet uitgeoefend het snel aan. Wanneer menselijke vingers echter tussen magneten staan, stabiliseert de kleine magneet en levita tussen de duim en de index van de persoon. Magie is te wijten aan afstoting veroorzaakt door vingers diamagnetisme.

Wat is de oorsprong van de magnetische reactie in de zaak?

De oorsprong van diamagnetisme, de fundamentele reactie van elke substantie op de werking van een extern magnetisch veld, ligt in het feit dat atomen worden gevormd door subatomaire deeltjes met elektrische lading.

Het kan u van dienst zijn: theorie van de oerknal: kenmerken, fasen, bewijs, problemen

Deze deeltjes zijn niet statisch en hun beweging is verantwoordelijk voor het produceren van magnetisch veld. Natuurlijk zit materie vol met hen en een soort magnetische respons kan altijd in elk materiaal worden verwacht, niet alleen van ijzeren verbindingen.

Het elektron is de belangrijkste verantwoordelijke voor de magnetische eigenschappen van de zaak. In een heel eenvoudig model kan worden aangenomen dat deze deeltjes draait op de atoomkern met een uniforme cirkelvormige beweging. Dit is voldoende om het elektron te gedragen als een kleine stroom spira die in staat is om een ​​magnetisch veld te genereren.

Magnetisatie van dit effect wordt genoemd orbitale magnetisatie. Maar het elektron heeft een extra bijdrage aan het atoommagnetisme: het intrinsieke hoekmomentum.

Een analogie om de oorsprong van het intrinsieke hoekmomentum te beschrijven, is om aan te nemen dat het elektron een rotatiebeweging heeft rond zijn as, eigenschap die Espín wordt genoemd.

Omdat het een beweging is en een geladen deeltje is, draagt ​​de spin ook bij met de oproep Spinmagnetisatie.

Beide bijdragen geven aanleiding tot netto of resulterende magnetisatie, maar de belangrijkste is precies wat te wijten is aan de spin. Protonen in de kern, hoewel ze elektrische lading en spin hebben, dragen niet aanzienlijk bij aan de magnetisatie van het atoom.

Bij diamagnetische materialen is de resulterende magnetisatie nietig, omdat de bijdragen van zowel orbitale als spinmoment. De eerste vanwege de wet van Lenz en de tweede, omdat elektronen in de orbitalen worden gevestigd in tegengestelde spinparen en de lagen gevuld zijn met een paar elektronen.

Magnetisme in de zaak

Het diamagnetische effect ontstaat wanneer orbitale magnetisatie de invloed van een extern magnetisch veld ontvangt. De aldus verkregen magnetisatie wordt aangegeven M En het is een vector.

Ongeacht waar het veld is gericht, de diamagnetische reactie zal altijd weerzinwekkend zijn dankzij de wet van Lenz, die stelt dat de geïnduceerde stroom tegen elke verandering in de magnetische flux is die de spase kruist.

Maar als het materiaal een soort permanente magnetisatie bevat, zal de reactie aantrekkingskracht zijn, is dit het geval van paramagnetisme en ferromagnetisme.

Laten we een extern magnetisch veld bekijken om de beschreven effecten te kwantificeren H, toegepast op een isotrope materiaal (de eigenschappen zijn op elk moment in de ruimte hetzelfde), waarbinnen een magnetisatie ontstaat M. Dankzij dit wordt er een magnetische inductie van binnen gemaakt B, Als gevolg van de interactie die optreedt tussen H En M.

Het kan u van dienst zijn: unidimensionale golven: wiskundige expressie en voorbeelden

Al deze bedragen zijn vector. B En M Ze zijn evenredig met H, Als de permeabiliteit van materiaal μ en magnetische gevoeligheid χ, de respectieve evenredigheidsconstanten, die aangeven welke de specifieke reactie van de stof is op externe magnetische invloed:

B = μH

Magnetisatie van het materiaal zal ook evenredig zijn met H:

M = χH

De bovenstaande vergelijkingen zijn geldig in het CGS -systeem. Zo veel B als H En M Ze hebben dezelfde dimensies, hoewel verschillende eenheden. Voor B Gauss wordt in dit systeem gebruikt en voor H De oersted wordt gebruikt. De reden hiervoor is om het veld extern te onderscheiden van het veld dat in het materiaal wordt gegenereerd.

In het internationale systeem, dat vaak wordt gebruikt, verwerft de eerste vergelijking een enigszins ander uiterlijk:

B = μ_of μ_R H

μ_of Het is de magnetische permeabiliteit van lege ruimte die gelijkwaardig is aan 4π x 10-7 t.M/A (Tesla- Metro/ampère) en μ_R Het is de relatieve permeabiliteit van het medium in verwijzing naar een vacuüm, dat dimensieloos is.

In termen van magnetische gevoeligheid χ, wat het meest geschikte kenmerk is om de diamagnetische eigenschappen van een materiaal te beschrijven, is deze vergelijking als volgt geschreven:

B = (1 + χ) μ_ofH

Met μ_R = 1 + χ

In het internationale systeem B komt in Tesla (t), terwijl H Het wordt uitgedrukt in Ampere/Metro, een eenheid die volgens een tijd Lenz zou bellen, maar die tot nu toe is achtergelaten in termen van de fundamentele eenheden.

In die materialen waarin χ negatief is, worden ze als diamagnetisch beschouwd. En het is een goede parameter om deze stoffen te karakteriseren, omdat χ daarin kan worden beschouwd als een constante en onafhankelijke waarde van de temperatuur. Dit zit niet in de materialen die meer magnetische reacties hebben.

Meestal is χ de orde van -10^-6 A -10^-5. Supergeleiders worden gekenmerkt door χ = -1 te hebben en daarom is het interne magnetische veld volledig geannuleerd (Meisner -effect).

Ze zijn de perfecte diamagnetische materialen, waarbij diamagnetisme ophoudt een zwakke reactie te zijn en intens genoeg wordt om objecten te zweven, zoals in het begin beschreven.

Toepassingen: magneto-encefalografie en waterbehandeling

Levende wezens zijn gemaakt van water en organische stof, waarvan de reactie op magnetisme meestal zwak is. Diamagnetisme is echter, zoals we hebben gezegd, een intrinsiek onderdeel van materie, inclusief organisch.

In het interieur van mensen en dieren circuleren kleine elektrische stromen die ongetwijfeld een magnetisch effect creëren. Op hetzelfde moment, terwijl de lezer deze woorden volgt, circuleren kleine elektrische stromingen in zijn hersenen waarmee hij toegang heeft tot en de informatie te interpreteren en te interpreteren.

Kan u van dienst zijn: onmiddellijke snelheid: definitie, formule, berekening en oefeningen

De zwakke magnetisatie die in de hersenen optreedt, is detecteerbaar. De techniek staat bekend als Magneto-encefalografie, Dat maakt gebruik van detectoren genaamd Squids (Supergeleidende kwantuminterferentieapparaten) Om zeer kleine magnetische velden te detecteren, in de orde van 10^-vijftien T.

Squids zijn in staat om bronnen van hersenactiviteit te vinden met enorme precisie. Een software is verantwoordelijk voor het verzamelen van de verkregen gegevens en het omzetten in een gedetailleerde kaart van hersenactiviteit.

Externe magnetische velden kunnen de hersenen op een of andere manier beïnvloeden. Hoe veel? Sommige recente onderzoeken hebben aangetoond dat een vrij intens magnetisch veld van ongeveer 1 T in staat is om de pariëtale kwab te beïnvloeden, in een deel van de hersenactiviteit door korte momenten te onderbreken.

Anderen daarentegen, waarin vrijwilligers 40 uur hebben doorgebracht in een magneet die 4 t van intensiteit produceert, zijn vertrokken zonder waarneembare negatieve effecten te lijden. De Universiteit van Ohio heeft tenminste aangegeven dat er tot nu toe geen risico is om binnen 8 T -velden te blijven.

Sommige organismen zoals bacteriën kunnen kleine magnetietkristallen opnemen en gebruiken om zich te oriënteren op het magnetische veld van de aarde. Magnetiet is ook gevonden in meer complexe organismen zoals bijen en vogels, die het met hetzelfde doel zouden gebruiken.

Zijn er magnetische mineralen in het menselijk organisme? Ja, magnetiet is gevonden in het menselijk brein, hoewel het onbekend is met welk doel er is.  Er kan worden gespeculeerd dat het een niet -gebruikelijke vaardigheid is.

Wat betreft de behandeling van water, het is gebaseerd op het feit dat sedimenten in principe diamagnetische stoffen zijn. Het is mogelijk om intense magnetische velden te gebruiken en dus de sedimenten van calciumcarbonaat, gips, zout en andere stoffen te verwijderen die hardheid in het water veroorzaken en zich ophopen in de leidingen en containers.

Het is een systeem met veel voordelen om de omgeving te behouden en de leidingen lange tijd in goede staat te behouden en tegen lage kosten.

Referenties

1. Eisberg, r. 1978.  Kwantumfysica. Limusa. 557 -577.
2. Jong, Hugh. 2016. Sears-Zansky's University Physics with Modern Physics. 14e ed. Pearson. 942
3. Zapata, f. (2003). Studie van mineralogieën geassocieerd met de Guafita 8x Oil Well behorend tot de Guafita Campo (Apure State) door metingen van magnetische gevoeligheid en mossbauer. Graad scriptie. Centrale Universiteit van Venezuela.