ПАРАМАГНЕТИЗАМ: УЗРОЦИ, ПАРАМАГНЕТНИ МАТЕРИЈАЛИ, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Парамагнетизам је облик магнетизма којих одређени материјали су слабо привлачи спољашњег магнетског поља и формирају интерне магнетна поља индукованих у правцу примењеног магнетног поља.

Супротно ономе што многи људи често мисле, магнетна својства нису ограничена само на феромагнетне супстанце. Све материје имају магнетна својства, чак и на слабији начин. Ове материје се називају парамагнетске и дијамагнетске.

На овај начин се могу разликовати две врсте супстанци: парамагнетска и дијамагнетна. У присуству магнетног поља, парамагнетна се привлаче према зони у којој је интензитет поља већи. Уместо тога, дијамагнетику привлачи регија поља где је интензитет најнижи.

Када у присуству магнетних поља парамагнетни материјали доживљавају исту врсту привлачности и одбојности као и магнети. Међутим, кад магнетно поље нестане, ентропија прекида магнетно поравнање које је било индуковано.

Другим речима, парамагнетне материјале привлаче магнетна поља, иако не постају трајно магнетизовани материјали. Неки примери парамагнетних супстанци су: ваздух, магнезијум, платина, алуминијум, титанијум, волфрам и литијум.

Узроци

Парамагнетизам настаје због чињенице да се одређени материјали састоје од атома и молекула који имају трајне магнетне моменте (или диполе), чак и када нису у магнетном пољу.

Магнетни моменти настају због спинова непарних електрона у металима и другим материјалима који имају парамагнетна својства.

У чистом парамагнетизму, диполи не делују међусобно, већ су оријентисани насумично у одсуству спољног магнетног поља као последица термичке агитације. Ово ствара нулти магнетни момент.

Међутим, када се примењује магнетно поље, диполи имају тенденцију да се поравнају са примењеним пољем, што резултира нето магнетним моментом у правцу тог поља и додаје оном спољног.

У оба случаја, поравнавање дипола може да се супротстави ефекту температуре.

На овај начин, када се материјал загрева, топлотна агитација може да спречи ефекат магнетног поља на диполе и да се магнетни моменти преусмери на хаотичан начин, смањујући интензитет индукованог поља.

Цуриеов закон

Цуриеов закон је експериментално развио француски физичар Пиерре Цурие 1896. Примењива се може само када су присутне високе температуре и парамагнетна супстанца у присуству слабих магнетних поља.

То је зато што не успева да опише парамагнетизам када се велики део магнетних момената поравна.

Закон каже да је магнетизација парамагнетног материјала директно пропорционална интензитету примењеног магнетног поља. То је оно што је познато као Цуриеов закон:

М = Кс ∙ Х = ЦХ / Т

У горњој формули М је магнетизација, Х је густина магнетног тока примењеног магнетног поља, Т је температура измерена у степенима Келвина и Ц је константа специфична за сваки материјал и назива се Цурие константа.

Поштовање Цуриеовог закона такође показује да је магнетизација обрнуто пропорционална температури. Из овог разлога, када се материјал загрева, диполи и магнетни моменти теже губе оријентацију стечену присуством магнетног поља.

Парамагнетни материјали

Парамагнетни материјали су сви они материјали са магнетном пропустљивошћу (способност материје да привлачи или проузрокује магнетно поље да прође кроз њега) сличну магнетној пропустљивости вакуума. Такви материјали показују занемарљив ниво феромагнетизма.

У физичком погледу, наведено је да је његова релативна магнетна пропустљивост (квоцијент између пропусности материјала или медијума и пропустљивости вакуума) приближно једнака 1, што је магнетна пропустљивост вакуума.

Међу парамагнетним материјалима постоји одређена врста материјала која се назива суперпарамагнетска. Иако следе Цуриеов закон, ови материјали имају прилично високу вредност Цурие константе.

Разлике између парамагнетизма и дијамагнетизма

Мицхаел Фарадаи је у септембру 1845. схватио да у стварности сви материјали (не само феромагнетни) реагују на присуство магнетних поља.

У сваком случају, истина је да већина супстанци има дијамагнетски карактер, јер парови упарених електрона - и, с тим у супротном спину - слабо фаворизују дијамагнетизам. Супротно томе, само када постоје непарни електрони, долази до дијамагнетизма.

И парамагнетни и дијамагнетни материјали имају слабу осетљивост на магнетна поља, али док је у првом позитиван, у другом је негативан.

Дијагнетни материјали магнетно поље мало одбијају; с друге стране, парамагнетика привлачи, мада и са мало силе. У оба случаја, када се уклони магнетно поље, ефекти магнетизације нестају.

Као што је већ споменуто, велика већина елемената који чине периодичну табелу су дијамагнетски. Тако су примери дијамагнетних супстанци вода, водоник, хелијум и злато.

Апликације

Пошто парамагнетни материјали имају слично понашање као у вакууму у одсуству магнетног поља, њихова примена у индустрији је донекле ограничена.

Једна од најзанимљивијих примена парамагнетизма је електронска парамагнетичка резонанца (РПЕ) која се широко користи у физици, хемији и археологији. То је техника спектроскопије помоћу које је могуће открити врсте са парним електронима.

Ова техника се примењује у ферментацијама, у индустријској производњи полимера, трошењу моторних уља и производњи пива, између осталог. Слично томе, ова техника се широко користи у датирању археолошких остатака.

Референце

1. Парамагнетизам (други). У Википедији. Преузето 24. априла 2018. са ес.википедиа.орг.
2. Диамагнетизам (други). У Википедији. Преузето 24. априла 2018. са ес.википедиа.орг.
3. Парамагнетизам (други). У Википедији. Преузето 24. априла 2018. године са ен.википедиа.орг.
4. Диамагнетизам (други). У Википедији. Преузето 24. априла 2018. године са ен.википедиа.орг.
5. Цханг, МЦ „Дијагнетизам и парамагнетизам“ (ПДФ). НТНУ предавања. Преузето 25. априла 2018.
6. Орцхард, АФ (2003) Магнетохемија. Окфорд Университи Пресс.