PARAMAGNĒTISMS: CĒLOŅI, PARAMAGNĒTISKI MATERIĀLI, PIEMĒRI - FIZISKĀ - 2025

Paramagnetism ir veids magnētismu kuriem daži materiāli ir vāji piesaista ārējā magnētiskajā laukā un veido iekšējo magnētiskos laukus inducētu virzienā no piemērotās magnētisko lauku.

Pretēji tam, ko daudzi cilvēki bieži domā, magnētiskās īpašības nav tikai aprobežotas ar feromagnētiskām vielām. Visām vielām ir magnētiskas īpašības, pat vājākā veidā. Šīs vielas sauc par paramagnētiskām un diamagnētiskām.

Šādā veidā var atšķirt divu veidu vielas: paramagnētisko un diamagnētisko. Magnētiskā lauka klātbūtnē paramagnētiskie tiek piesaistīti zonai, kurā lauka intensitāte ir lielāka. Tā vietā diamagnētiku piesaista lauka reģions, kurā intensitāte ir viszemākā.

Magnētisko lauku klātbūtnē paramagnētiskie materiāli izjūt tāda paša veida pievilcību un atgrūšanos kā magnēti. Tomēr, kad magnētiskais lauks pazūd, entropija izbeidz izraisīto magnētisko izlīdzinājumu.

Citiem vārdiem sakot, paramagnētiskos materiālus piesaista magnētiskie lauki, lai gan tie nekļūst par pastāvīgi magnetizētiem materiāliem. Daži paramagnētisko vielu piemēri ir: gaiss, magnijs, platīns, alumīnijs, titāns, volframs un litijs.

Cēloņi

Paramagnētisms ir saistīts ar faktu, ka noteiktus materiālus veido atomi un molekulas, kuriem ir pastāvīgi magnētiskie momenti (vai dipoli), pat ja tie neatrodas magnētiskā lauka klātbūtnē.

Magnētiskos momentus izraisa nepāra elektronu griešanās metālos un citos materiālos, kuriem ir paramagnētiskas īpašības.

Tīrā paramagnetismā dipoli savstarpēji nesaskaras, bet ir orientēti nejauši, ja ārējā magnētiskā lauka nav termiskās uzbudinājuma rezultātā. Tas rada nulles magnētisko momentu.

Tomēr, uzliekot magnētisko lauku, dipoliem ir tendence izlīdzināties ar piemēroto lauku, iegūstot tīro magnētisko momentu šī lauka virzienā un pievienojot tam ārējā lauka.

Abos gadījumos dipolu izlīdzināšanu var neitralizēt temperatūras ietekme.

Tādā veidā, kad materiāls tiek uzkarsēts, termiskā uzbudinājums spēj neitralizēt magnētiskā lauka ietekmi uz dipoliem un magnētiskie momenti pārorientējas haotiskā veidā, samazinot ierosinātā lauka intensitāti.

Kirī likums

Kērija likumu eksperimentāli izstrādāja franču fiziķis Pjērs Kirijs 1896. gadā. To var piemērot tikai tad, ja ir augsta temperatūra un paramagnētiskā viela atrodas vāju magnētisko lauku klātbūtnē.

Tas ir tāpēc, ka tajā nav aprakstīts paramagnetisms, kad liela daļa magnētisko momentu ir izlīdzināti.

Likums nosaka, ka paramagnētiskā materiāla magnetizācija ir tieši proporcionāla pielietotā magnētiskā lauka intensitātei. Tas ir tas, kas ir pazīstams kā Kirija likums:

M = X ∙ H = CH / T

Iepriekšminētajā formulā M ir magnetizācija, H ir pielietotā magnētiskā lauka magnētiskās plūsmas blīvums, T ir temperatūra, ko mēra Kelvina grādos, un C ir konstante, kas raksturīga katram materiālam un tiek saukta par Kirija konstanti.

Arī Kirija likuma ievērošana parāda, ka magnetizācija ir apgriezti proporcionāla temperatūrai. Šī iemesla dēļ, karsējot materiālu, dipoliem un magnētiskajiem momentiem ir tendence zaudēt orientāciju, ko iegūst magnētiskā lauka klātbūtne.

Paramagnētiski materiāli

Paramagnētiski materiāli ir visi tie materiāli, kuriem ir magnētiskā caurlaidība (vielas spēja piesaistīt vai izraisīt magnētiskā lauka caursišanu), kas ir līdzīga vakuuma magnētiskajai caurlaidībai. Šādi materiāli uzrāda nenozīmīgu feromagnētisma līmeni.

Fiziskā izteiksmē tiek noteikts, ka tā relatīvā magnētiskā caurlaidība (koeficients starp materiāla vai barotnes caurlaidību un vakuuma caurlaidību) ir aptuveni vienāda ar 1, kas ir vakuuma magnētiskā caurlaidība.

Starp paramagnētiskajiem materiāliem ir noteikts materiālu tips, ko sauc par superparamagnētisku. Kaut arī tie ievēro Kuri likuma likumu, šiem materiāliem ir diezgan augsta Kuri konstantes vērtība.

Atšķirības starp paramagnetismu un diamagnetismu

Tas bija Maikls Faraday, kurš 1845. gada septembrī saprata, ka patiesībā visi materiāli (ne tikai feromagnētiskie) reaģē uz magnētisko lauku klātbūtni.

Jebkurā gadījumā patiesība ir tāda, ka lielākajai daļai vielu ir diamagnētisks raksturs, jo elektronu pāru pāri - un tāpēc ar pretēju griezienu - vāji atbalsta diamagnētismu. Gluži pretēji, tikai tad, ja ir nepāra elektroni, rodas diamagnētisms.

Gan paramagnētiskajiem, gan diamagnētiskajiem materiāliem ir vāja jutība pret magnētiskajiem laukiem, taču, lai arī pirmajos materiālos tas ir pozitīvs, otrajā tie ir negatīvi.

Diamagnētiskos materiālus nedaudz atgrūž magnētiskais lauks; no otras puses, paramagnētiku piesaista, kaut arī arī ar nelielu spēku. Abos gadījumos, noņemot magnētisko lauku, magnetizācijas sekas izzūd.

Kā jau minēts, lielais vairums elementu, kas veido periodisko tabulu, ir diamagnētiski. Tādējādi diamagnētisko vielu piemēri ir ūdens, ūdeņradis, hēlijs un zelts.

Lietojumprogrammas

Tā kā paramagnētiskajiem materiāliem ir līdzīga izturēšanās kā ar vakuumu, ja nav magnētiskā lauka, to pielietojums rūpniecībā ir nedaudz ierobežots.

Viens no interesantākajiem paramagnētisma pielietojumiem ir elektroniskā paramagnētiskā rezonanse (RPE), ko plaši izmanto fizikā, ķīmijā un arheoloģijā. Tā ir spektroskopijas metode, ar kuras palīdzību ir iespējams noteikt sugas ar nepāra elektroniem.

Šo paņēmienu izmanto raudzēšanā, polimēru rūpnieciskā ražošanā, motoreļļu nodilšanai un alus ražošanā. Tāpat šo paņēmienu plaši izmanto arheoloģisko atlieku rašanās datumos.

Atsauces

1. Paramagnētisms (nd). Vikipēdijā. Iegūts 2018. gada 24. aprīlī no es.wikipedia.org.
2. Diamagnētisms (nd). Vikipēdijā. Iegūts 2018. gada 24. aprīlī no es.wikipedia.org.
3. Paramagnētisms (nd). Vikipēdijā. Iegūts 2018. gada 24. aprīlī no vietnes en.wikipedia.org.
4. Diamagnētisms (nd). Vikipēdijā. Iegūts 2018. gada 24. aprīlī no vietnes en.wikipedia.org.
5. Chang, MC "Diamagnetism and paramagnetism" (PDF). NTNU lekciju piezīmes. Iegūts 2018. gada 25. aprīlī.
6. Orchard, AF (2003) Magnetoķīmija. Oxford University Press.