ДИАМАГНЕТИЗАМ: МАТЕРИЈАЛИ, АПЛИКАЦИЈЕ, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Диамагнетисм је један од одговора је ствар у присуству спољашњег магнетног поља. Карактерише га супротно или супротно овом магнетном пољу и обично, осим ако није једини магнетни одзив материјала, његов интензитет је најслабији од свих.

Када је одбојни ефекат једини који материјал представља магнету, материјал се сматра дијамагнетним. Ако преовлађују други магнетни ефекти, зависно од тога о чему се ради, сматраће се парамагнетним или феромагнетним.

Комад бизмута, дијамантски материјал. Извор: Пикабаи.

Себалд Бругманс се приписује 1778. године за прво помињање одбојности између било којег пола магнета и комада материјала, посебно видљивог у елементима као што су бизмут и антимон.

Касније, 1845. године, Мицхаел Фарадаи је помније проучио тај ефекат и закључио да је он својствено својство све материје.

Дијагностички материјали и њихов одговор

Магнетно понашање бизмута и антимона и других, као што су злато, бакар, хелијум и супстанце попут воде и дрвета, знатно се разликује од познате моћне магнетне привлачности коју магнети делују на гвожђе, никл или кобалт.

Иако је опћенито реакција слабог интензитета, суочена са довољно интензивним вањским магнетским пољем, сваки дијамагнетски материјал, чак и жива органска материја, може искусити врло невјероватну супротну магнетизацију.

Генеришући магнетна поља јака чак 16 Тесла (већ се 1 Тесла сматра прилично јаким), истраживачи у Нијмеген Лабораторији за магнетне магнетне поља у Амстердаму у Холандији били су у прилици да магнетно левитирају јагоде, пице и жабе у деведесетима.

Такође је могуће левитирати мали магнет између прстију човека, захваљујући дијамагнетизму и довољно јаком магнетном пољу. Само по себи, магнетно поље врши магнетну силу која може силом привући мали магнет и можете покушати да та сила надокнади тежину, међутим мали магнет не остаје веома стабилан.

Чим доживи минимално помицање, сила коју врши велики магнет га брзо привлачи. Међутим, када људски прсти дођу између магнета, мали магнет се стабилише и левитаира између палца и кажипрста особе. Магија је последица одбојног ефекта изазваног дијамагнетизмом прстију.

Шта је извор магнетног одговора у материји?

Порекло дијамагнетизма, који је основни одговор било које материје на дејство спољног магнетног поља, лежи у чињеници да су атоми сачињени од субатомских честица које имају електрични набој.

Ове честице нису статичне и њихово кретање је одговорно за стварање магнетног поља. Наравно, материја их је пуна, и увек можете очекивати неку врсту магнетног одзива у било којем материјалу, а не само у једињењима гвожђа.

Електрони су првенствено одговорни за магнетна својства материје. У врло једноставном моделу, може се претпоставити да ова честица орбитира атомским језгром уједначеним кружним покретима. Ово је довољно да се електрон понаша попут сићушне петље струје која може да ствара магнетно поље.

Ова магнетизација се назива орбитална магнетизација . Али електрон има додатни допринос магнетизму атома: својствени замах момента.

Аналогија за описивање настанка интринзичног угаоног момента је претпоставка да електрон има ротационо кретање око своје осе, својство које се назива спин.

Будући да је покрет и наелектрисана честица, спин такође доприноси такозваној магнетизацији спина .

Оба доприноса стварају нето или резултирајућу магнетизацију, али најважније је управо то због завртања. Протони у језгру, иако имају електрични набој и спиновање, не доприносе значајно магнетизацији атома.

У дијамагнетним материјалима резултирајућа магнетизација је нула, будући да се доприноси и орбиталног и спиновог момента отказују. Прво због Лензовог закона, а друго јер су електрони у орбиталима успостављени у пару са супротним спином, а љуске су испуњене са парним бројем електрона.

Магнетизам у материји

Дијагностички ефекат настаје када на магнетизацију орбите утиче спољно магнетно поље. Тако добијена магнетизација је означена са М и вектор је.

Без обзира на то где се поље усмери, дијамагнетни одзив ће увек бити одбојан захваљујући Лензовом закону, који каже да се индукована струја супротставља било којој промени магнетног тока кроз петљу.

Али ако материјал садржи неку врсту трајне магнетизације, одговор ће бити привлачност, такав је случај парамагнетизма и феромагнетности.

Да проценимо ефекте описане, размотримо спољног магнетног поља Х , примењен на изотропној материјалу (његове особине су исте у било којем тренутку у простору), у коме је магнетизатион М потиче . Као резултат тога, унутар магнетне индукције створио Б , као резултат интеракције који се јавља између Х и М .

Све ове количине су векторске. Б и М су сразмерне са Х , представљају пропусност материјала µ и магнетну осетљивост χ, одговарајуће константе пропорционалности, које показују који је посебан одговор материје на спољни магнетни утицај:

Б = μ Х

Магнетизација материјала ће такође бити пропорционална Х :

М = χ Х

Горе наведене једначине су важеће у систему цгс. И Б и Х и М имају исте димензије, иако су различите јединице. За Б се у овом систему користе гауси, а за Х користи се оестер. Разлог за то је разликовање поља примењеног споља од поља генерисаног унутар материјала.

У међународном систему, који се најчешће користи, прва једначина поприма нешто другачији изглед:

Б = μ _или μ _р Х

μ _о је магнетна пропустљивост празног простора која је еквивалентна 4π к 10-7 Тм / А (Тесламетар / Ампере), а μ _р је релативна пропустљивост медијума у ​​односу на вакуум, која је без димензија.

У погледу магнетне осетљивости χ, која је најприкладнија карактеристика за описивање дијамагнетних својстава материјала, ова једначина је написана овако:

Б = (1 + χ) μ _или Х

Са μ _р = 1 + χ

У међународном систему Б долази у Тесли (Т), док се Х изражава у Амперу / метру, јединици која се некада звала Ленз, али која је до сада остала у смислу основних јединица.

У оним материјалима у којима је χ негативан, сматрају се дијамагнетним. И добар је параметар карактеризација ових материја, јер се χ у њима може сматрати константном вредношћу независно од температуре. То није случај за материјале који имају више магнетних реакција.

Обично је χ у редоследу од -10 ^-6 до -10 ^-5 . За суперпреводнике је карактеристично да имају χ = -1, па је унутрашње магнетно поље потпуно отказано (Меиснеров ефекат).

Они су савршени дијамагнетни материјали, на који дијамагнетизам престаје да буде слаб одзив, и постаје довољно јак да левизира предмете, као што је описано на почетку.

Примене: магнето-енцефалографија и третман водом

Жива бића су направљена од воде и органске материје, чији је одговор на магнетизам углавном слаб. Међутим, дијамагнетизам, као што смо рекли, је унутрашњи део материје, укључујући органску материју.

Мале електричне струје круже унутар људи и животиња које несумњиво стварају магнетни ефекат. У овом тренутку, док читалац својим очима прати те речи, у његовом мозгу круже мале електричне струје које му омогућавају приступ и тумачење информација.

Открива се слаба магнетизација која се јавља у мозгу. Техника је позната као магнето-енцефалографија, која користи детекторе назване СКУИДс (суперпреводни квантни интерференцијски уређаји) за откривање врло малих магнетних поља, реда од 10 до ¹⁵ Т.

СКУИД-ови су способни да лоцирају изворе мождане активности са великом прецизношћу. Софтвер је одговоран за прикупљање добијених података и њихово претварање у детаљну мапу можданих активности.

Спољна магнетна поља могу на неки начин утицати на мозак. Колико? Нека недавна истраживања показују да прилично интензивно магнетно поље, око 1 Т, може утицати на паријетални режањ, прекинувши део можданих активности на кратко.

Други, са друге стране, у којима су добровољци провели 40 сати унутар магнета који производи интензитет 4 Т, остали су без трпљења било каквих опажених негативних ефеката. Универзитет у Охају је бар показао да до сада нема ризика да останете унутар поља од 8 Т.

Неки организми попут бактерија су у стању да уграде мале кристале магнетита и користе их за оријентацију у магнетном пољу Земље. Магнетит је такође пронађен у сложенијим организмима као што су пчеле и птице, који би га користили у исту сврху.

Постоје ли магнетни минерали у људском телу? Да, магнетит је пронађен у људском мозгу, мада није познато у коју је сврху ту. Могло би се нагађати да је ово застарјела вештина.

Што се тиче прераде воде, она се заснива на чињеници да су седименти у основи дијамагнетске супстанце. Јака магнетна поља могу се користити за уклањање седимената калцијум-карбоната, гипса, соли и других супстанци које изазивају тврдоћу у води и накупљају се у цевима и посудама.

То је систем са многим предностима за очување животне средине и одржавање цеви у исправном стању током дугог и ниског трошка.

Референце

1. Еисберг, Р. 1978. Квантна физика. Лимуса. 557 -577.
2. Млади, Хју. 2016. Универзитетска физика Сеарс-Земански са модерном физиком. 14. Ед Пеарсон. 942
3. Запата, Ф. (2003). Испитивање минералогија повезаних са нафтом бунара Гуафита 8к који припада пољу Гуафита (стање Апуре) помоћу Моссбауерове магнетне осјетљивости и спектроскопске мере. Дипломски рад. Централни универзитет у Венецуели.