Diamagnetismmaterial, applikationer, exempel

han Diamagnetism Det är ett av svaren som är viktig innan närvaron av ett yttre magnetfält. Det kännetecknas av att vara motsatt eller motsatt till detta magnetfält och vanligtvis, såvida det inte är det enda magnetiska svaret hos materialet, är dess intensitet den svagaste av alla.

När den avvisande effekten är den enda som ett material presenterar före en magnet, anses materialet vara diamagnetiskt. Om andra magnetiska effekter dominerar, beroende på vad detta är, kommer det att betraktas som paramagnetiskt eller ferromagnetiskt.

En bit vismut, diamagnetiskt material. Källa: Pixabay.

Brugmans tillskrivs Sebald 1778 Den första hänvisningen till avvisningen mellan någon av polerna i en magnet och ett materialstycke, särskilt tydligt i element som vismut och antimon.

Senare, 1845, studerade Michael Faraday denna effekt mer noggrant och drog slutsatsen att det var en inneboende egenskap i hela saken.

[TOC]

Diamagnetiska material och deras svar

Det magnetiska beteendet hos vismut och antimon, och andra som guld, koppar, helium och ämnen som vatten och trä skiljer sig mycket från den välkända och kraftfulla magnetiska attraktionen som magneter utövar på järn, nickel eller kobolt.

Trots att det är ett svar med låg intensitet, innan ett externt magnetfält intensivt, kan något diamagnetiskt material, till och med levande organiskt material, uppleva en mycket anmärkningsvärd motsatt magnetisering.

Generera magnetfält så intensiva som 16 Tesla (redan en av 1 Tesla anses vara ganska intensiv), Nijmegen High Field Magnet Laboratory Forskare i Amsterdam i Nether.

Det är också möjligt att levitera en liten magnet mellan en persons fingrar, tack vare diamagnetism och ett magnetfält intensivt nog. Av sig själv utövar magnetfältet en magnetisk kraft som lockar en liten magnet och kan försöka att denna kraft kompenserar för vikt, men den lilla magneten förblir inte mycket stabil att sägas.

Så snart du upplever en minsta förskjutning lockar kraften som den stora magneten utövas snabbt. Men när mänskliga fingrar står mellan magneter stabiliserar den lilla magneten och levita mellan tummen och personens index. Magi beror på repulsion orsakad av fingrar diamagnetism.

Vad är ursprunget till det magnetiska svaret i frågan?

Ursprunget till diamagnetism, som är det grundläggande svaret från något ämne på verkan av ett yttre magnetfält, ligger i det faktum att atomer bildas av subatomära partiklar som har elektrisk laddning.

Det kan tjäna dig: Theory of the Big Bang: Egenskaper, stadier, bevis, problem

Dessa partiklar är inte statiska och deras rörelse ansvarar för att producera magnetfält. Naturligtvis är materien full av dem och ett slags magnetiskt svar kan alltid förväntas i något material, inte bara av järnföreningar.

Elektronen är det huvudsakliga ansvaret för magnetiska egenskaper. I en mycket enkel modell kan det antas att denna partikel banar sig till atomkärnan med en enhetlig cirkulär rörelse. Detta räcker för att elektronen ska bete sig som en liten ström som kan generera magnetfält.

Magnetisering från denna effekt kallas omloppsmagnetisering. Men elektronen har ett ytterligare bidrag till atommagnetismen: det inneboende vinkelmomentet.

En analogi för att beskriva ursprunget till det inneboende vinkelmomentet är att anta att elektronen har en rotationsrörelse runt sin axel, egenskap som kallas Espín.

Som en rörelse och för att vara en laddad partikel bidrar snurret också med samtalet Snurrmagnetisering.

Båda bidragen ger upphov till netto eller resulterande magnetisering, men det viktigaste är precis vad som beror på snurret. Protoner i kärnan, även om de har elektrisk laddning och snurr, bidrar inte väsentligt till magnetiseringen av atomen.

I diamagnetiska material är den resulterande magnetiseringen ogiltig, eftersom bidrag från både omlopps- och snurrmoment. Den första på grund av Lenzs lag och den andra, eftersom elektroner i orbitalerna är etablerade i motsatta snurrpar och lagren är fyllda med ett par elektroner.

Magnetism i saken

Den diamagnetiska effekten uppstår när orbitalmagnetisering får påverkan av ett yttre magnetfält. Magnetiseringen som således erhålls betecknas M Och det är en vektor.

Oavsett var fältet riktas kommer det diamagnetiska svaret alltid att vara avvisande tack vare Lenzs lag, som säger att den inducerade strömmen motsätter sig alla förändringar i magnetflödet som korsar spasen.

Men om materialet innehåller någon form av permanent magnetisering kommer svaret att vara attraktion, så är fallet med paramagnetism och ferromagnetism.

För att kvantifiera de beskrivna effekterna, låt oss överväga ett externt magnetfält H, appliceras på ett isotropiskt material (dess egenskaper är desamma när som helst i rymden), inom vilket en magnetisering har sitt ursprung M. Tack vare detta skapas en magnetisk induktion inuti B, som ett resultat av interaktionen som inträffar mellan H och M.

Det kan tjäna dig: unidimensionella vågor: matematiskt uttryck och exempel

Alla dessa mängder är vektor. B och M De är proportionella mot H, Att vara permeabiliteten för material μ och magnetisk känslighet χ, respektive proportionalitetskonstanter, som indikerar vilket är det speciella svaret från ämnet på yttre magnetiska inflytande:

B = μH

Magnetisering av materialet kommer också att vara proportionellt mot H:

M = χH

Ovanstående ekvationer är giltiga i CGS -systemet. Så mycket B som H och M De har samma dimensioner, även om olika enheter. För B Gauss används i detta system och för H Oersted används. Anledningen till att göra det är att skilja fältet externt från fältet som genereras inuti materialet.

I det internationella systemet, som vanligtvis används, förvärvar den första ekvationen ett något annat utseende:

B = μ_antingen μ_r H

μ_antingen Det är den magnetiska permeabiliteten för tomt utrymme motsvarande 4π x 10-7 t.m/a (Tesla-metro/ampere) och μ_r Det är mediets relativa permeabilitet med hänvisning till ett vakuum, vilket är dimensionslöst.

När det gäller magnetisk känslighet χ, som är den mest lämpliga egenskapen för att beskriva de diamagnetiska egenskaperna hos ett material, skrivs denna ekvation så här:

B = (1 + χ) μ_antingenH

Med μ_r = 1 + χ

I det internationella systemet B kommer i Tesla (t), medan H Det uttrycks i Ampere/Metro, en enhet som en tid ansågs ringa Lenz, men som hittills har lämnats i termer av de grundläggande enheterna.

I de material där χ är negativt betraktas de som diamagnetiska. Och det är en bra parameter att karakterisera dessa ämnen, eftersom χ i dem kan betraktas som ett konstant och oberoende temperaturvärde. Detta finns inte i materialen som har mer magnetiska svar.

Vanligtvis är χ i storleksordningen -10^-6 A -10^-5. Superledare kännetecknas av att ha χ = -1 och därför avbryts det inre magnetfältet helt (Meisner -effekten).

De är de perfekta diamagnetiska materialen, där diamagnetism upphör att vara ett svagt svar och blir tillräckligt intensivt för att levitera föremål, som beskrivs i början.

Tillämpningar: Magneto-encefalografi och vattenbehandling

Levande varelser är gjorda av vatten och organiskt material, vars svar på magnetism vanligtvis är svagt. Diamagnetism är dock, som vi har sagt, en inre del av materien, inklusive organisk.

I det inre av människor och djur cirkulerar små elektriska strömmar som utan tvekan skapar magnetisk effekt. I samma ögonblick, medan läsaren följer dessa ord, cirkulerar små elektriska strömmar i hans hjärna som gör att han kan komma åt och tolka informationen.

Kan tjäna dig: Omedelbar hastighet: Definition, formel, beräkning och övningar

Den svaga magnetiseringen som uppstår i hjärnan är detekterbar. Tekniken är känd som Magneto-encefalografi, som använder detektorer som kallas bläckfiskar (Superledande kvantinterferensenheter) För att upptäcka mycket små magnetfält, i storleksordningen 10^-femton T.

Bläckfiskar kan hitta källor till hjärnaktivitet med enorm precision. En programvara ansvarar för att samla in de erhållna data och omvandla dem till en detaljerad karta över hjärnaktivitet.

Yttre magnetfält kan påverka hjärnan på något sätt. Hur mycket? Några nyligen genomförda undersökningar har visat att ett ganska intensivt magnetfält, på cirka 1 T kan påverka parietalloben och avbryter i en del av hjärnaktiviteten genom korta stunder.

Andra, å andra sidan, där frivilliga har tillbringat 40 timmar inom en magnet som producerar 4 ton intensitet, har lämnat utan lidande observerbara negativa effekter. University of Ohio har åtminstone visat att det hittills inte finns någon risk att förbli inom 8 T -fält.

Vissa organismer som bakterier kan integrera små magnetitkristaller och använda dem för att orientera sig inom jordens magnetfält. Magnetit har också hittats i mer komplexa organismer som bin och fåglar, som skulle använda den med samma syfte.

Finns det magnetiska mineraler i den mänskliga organismen? Ja, magnetit har hittats i den mänskliga hjärnan, även om den är okänd med vilket syfte finns det.  Det kan spekuleras att det är en förmåga att använda.

När det gäller behandlingen av vatten är det baserat på det faktum att sediment i princip är diamagnetiska ämnen. Det är möjligt att använda intensiva magnetfält och därmed ta bort sedimenten av kalciumkarbonat, gips, salt och andra ämnen som orsakar hårdhet i vattnet och ackumuleras i rören och behållarna.

Det är ett system med många fördelar att spara miljön och underhålla rören i gott skick under lång tid och till låg kostnad.

Referenser

1. Eisberg, r. 1978.  Kvantfysik. Limusa. 557 -577.
2. Young, Hugh. 2016. Sears-Zanskys universitetsfysik med modern fysik. 14: e upplagan. Pearson. 942
3. Zapata, f. (2003). Studie av mineralogier associerade med Guafita 8x olja som tillhör Guafita Campo (Apure State) genom mätningar av magnetisk känslighet och Mossbauer. Examensuppsats. Central University of Venezuela.