Plik diamagnetyzm Jest to jedna z reakcji materii na obecność zewnętrznego pola magnetycznego. Charakteryzuje się tym, że jest przeciwne lub przeciwne do tego pola magnetycznego i zwykle, o ile nie jest to jedyna odpowiedź magnetyczna materiału, jego natężenie jest najsłabsze ze wszystkich..
Gdy odpychający efekt jest jedynym efektem, jaki materiał wywiera na magnes, materiał jest uważany za diamagnetyczny. Jeśli przeważają inne efekty magnetyczne, w zależności od tego, co to jest, będzie to uważane za paramagnetyczne lub ferromagnetyczne.
Sebaldowi Brugmansowi przypisuje się w 1778 roku pierwszą wzmiankę o odpychaniu między którymkolwiek z biegunów magnesu a kawałkiem materiału, szczególnie widocznym w elementach takich jak bizmut i antymon..
Później, w 1845 roku, Michael Faraday zbadał ten efekt dokładniej i doszedł do wniosku, że jest to nieodłączna właściwość całej materii..
Indeks artykułów
Zachowanie magnetyczne bizmutu i antymonu oraz innych, takich jak złoto, miedź, hel i substancje takie jak woda i drewno, różni się znacznie od dobrze znanego i silnego przyciągania magnetycznego, które magnesy wywierają na żelazo, nikiel lub żelazo. Kobalt.
Pomimo generalnie niskiej intensywności odpowiedzi, w obliczu dostatecznie intensywnego zewnętrznego pola magnetycznego, każdy materiał diamagnetyczny, nawet żywa materia organiczna, jest w stanie doświadczyć bardzo niezwykłego namagnesowania przeciwnego..
Generując pola magnetyczne o mocy 16 tesli (już 1 tesla jest uważane za dość silne), naukowcom z Nijmegen High Field Magnet Laboratory w Amsterdamie w Holandii udało się w latach 90. magnetycznie lewitować truskawki, pizze i żaby..
Możliwe jest również lewitowanie małego magnesu między palcami osoby dzięki diamagnetyzmowi i wystarczająco silnemu polu magnetycznemu. Samo pole magnetyczne wywiera siłę magnetyczną, która jest w stanie przyciągnąć mały magnes z siłą i można spróbować, że siła ta kompensuje ciężar, jednak mały magnes nie pozostaje bardzo stabilny..
Gdy tylko doświadczy minimalnego przemieszczenia, siła wywierana przez duży magnes szybko go przyciąga. Jednak gdy ludzkie palce wchodzą między magnesy, mały magnes stabilizuje się i lewituje między kciukiem a palcem wskazującym osoby. Magia jest spowodowana efektem odpychania spowodowanym diamagnetyzmem palców.
Źródłem diamagnetyzmu, który jest podstawową odpowiedzią każdej substancji na działanie zewnętrznego pola magnetycznego, jest fakt, że atomy składają się z cząstek subatomowych, które mają ładunek elektryczny..
Cząsteczki te nie są statyczne, a ich ruch jest odpowiedzialny za wytwarzanie pola magnetycznego. Oczywiście materia jest ich pełna i zawsze można spodziewać się jakiejś odpowiedzi magnetycznej w dowolnym materiale, nie tylko w związkach żelaza..
Elektron jest przede wszystkim odpowiedzialny za właściwości magnetyczne materii. W bardzo prostym modelu można założyć, że ta cząstka orbituje wokół jądra atomowego jednostajnym ruchem kołowym. To wystarczy, aby elektron zachowywał się jak maleńka pętla prądowa zdolna do wytworzenia pola magnetycznego..
Nazywa się namagnesowanie z tego efektu namagnesowanie orbitalne. Ale elektron ma dodatkowy wkład w magnetyzm atomu: wewnętrzny moment pędu..
Analogią opisującą pochodzenie wewnętrznego momentu pędu jest założenie, że elektron ma ruch obrotowy wokół własnej osi, właściwość zwaną spinem..
Będąc ruchem i będąc cząstką naładowaną, spin przyczynia się również do powstawania tzw magnetyzacja spinowa.
Obydwa składki powodują magnetyzację netto lub wynikową, jednak najważniejsza jest właśnie ta spowodowana spinem. Protony w jądrze, pomimo posiadania ładunku elektrycznego i spinu, nie przyczyniają się znacząco do namagnesowania atomu..
W materiałach diamagnetycznych wynikowe namagnesowanie jest zerowe, ponieważ wkłady zarówno momentu orbitalnego, jak i momentu spinowego znoszą się. Pierwsza ze względu na prawo Lenza, a druga, ponieważ elektrony na orbitalach układają się w pary o przeciwnym spinie, a powłoki są wypełnione parzystą liczbą elektronów.
Efekt diamagnetyczny pojawia się, gdy na magnetyzację orbitalną wpływa zewnętrzne pole magnetyczne. Oznaczono otrzymane w ten sposób namagnesowanie M i to jest wektor.
Niezależnie od tego, dokąd skierowane jest pole, odpowiedź diamagnetyczna zawsze będzie odpychająca dzięki prawu Lenza, które mówi, że indukowany prąd przeciwstawia się jakiejkolwiek zmianie strumienia magnetycznego przez pętlę..
Ale jeśli materiał zawiera jakiś rodzaj trwałego namagnesowania, odpowiedzią będzie przyciąganie, tak jest w przypadku paramagnetyzmu i ferromagnetyzmu..
Aby określić ilościowo opisane efekty, rozważ zewnętrzne pole magnetyczne H., naniesiony na materiał izotropowy (jego właściwości są takie same w każdym miejscu w przestrzeni), w którym zachodzi namagnesowanie M. Dzięki temu wewnątrz powstaje indukcja magnetyczna b, w wyniku interakcji, która zachodzi między H. Y M.
Wszystkie te wielkości są wektorami. b Y M są proporcjonalne do H., będąc przenikalnością materiału μ i podatnością magnetyczną χ, odpowiednie stałe proporcjonalności, które wskazują szczególną reakcję substancji na zewnętrzne oddziaływanie magnetyczne:
b = μH.
Namagnesowanie materiału będzie również proporcjonalne do H.:
M = χH.
Powyższe równania obowiązują w systemie CGS. Tak wiele b Co H. Y M mają te same wymiary, chociaż różne jednostki. W celu b gauss jest używany w tym systemie i dla H. oersted jest używany. Ma to na celu odróżnienie pola zastosowanego zewnętrznie od pola wytworzonego wewnątrz materiału..
W systemie międzynarodowym, który jest powszechnie używany, pierwsze równanie przybiera nieco inny wygląd:
b = μlub μr H.
μlub jest przenikalnością magnetyczną pustej przestrzeni, która jest równa 4π x 10-7 T.m / A (Teslametr / Amper) i μr jest względną przepuszczalnością ośrodka w odniesieniu do próżni, która jest bezwymiarowa.
Jeśli chodzi o podatność magnetyczną χ, która jest najbardziej odpowiednią cechą opisującą diamagnetyczne właściwości materiału, równanie to zapisujemy w następujący sposób:
b = (1 + χ) μlubH.
Z μr = 1 + χ
W systemie międzynarodowym b pojawia się w Tesli (T), podczas gdy H. Jest wyrażana w amperach / metr, jednostce, która kiedyś uważana była za Lenz, ale do tej pory została pozostawiona pod względem jednostek podstawowych.
W tych materiałach, w których χ jest ujemne, uważa się je za diamagnetyczne. I jest to dobry parametr do scharakteryzowania tych substancji, ponieważ χ w nich można uznać za stałą wartość niezależną od temperatury. Nie dotyczy to materiałów, które mają więcej odpowiedzi magnetycznych..
Zwykle χ jest rzędu -10-6 do -10-5. Nadprzewodniki charakteryzują się tym, że χ = -1, a zatem wewnętrzne pole magnetyczne jest całkowicie anulowane (efekt Meisnera).
Są idealnymi materiałami diamagnetycznymi, w których diamagnetyzm przestaje być słabą reakcją, a staje się wystarczająco silny, aby lewitować obiekty, jak opisano na początku..
Żywe istoty są zbudowane z wody i materii organicznej, której odpowiedź na magnetyzm jest na ogół słaba. Jednak diamagnetyzm, jak powiedzieliśmy, jest nieodłączną częścią materii, w tym organicznej.
Wewnątrz ludzi i zwierząt krążą niewielkie prądy elektryczne, które niewątpliwie wywołują efekt magnetyczny. W tym momencie, gdy czytelnik śledzi te słowa wzrokiem, w jego mózgu krążą małe prądy elektryczne, które pozwalają mu uzyskać dostęp do informacji i je zinterpretować..
Wykrywalne jest słabe namagnesowanie, które występuje w mózgu. Technika ta znana jest jako magnetoencefalografia, który wykorzystuje detektory zwane SQUID (Nadprzewodzące kwantowe urządzenia zakłócające) do wykrywania bardzo małych pól magnetycznych rzędu 10-piętnaście T.
SQUIDs są zdolne do bardzo precyzyjnego lokalizowania źródeł aktywności mózgu. Oprogramowanie jest odpowiedzialne za zbieranie uzyskanych danych i przekształcanie ich w szczegółową mapę aktywności mózgu.
Zewnętrzne pola magnetyczne mogą w pewien sposób wpływać na mózg. Ile? Niektóre niedawne badania wykazały, że dość intensywne pole magnetyczne, około 1 T, może wpływać na płat ciemieniowy, częściowo przerywając aktywność mózgu na krótkie chwile.
Z drugiej strony, inni, w których ochotnicy spędzili 40 godzin wewnątrz magnesu wytwarzającego 4 T intensywności, wyszli bez żadnych obserwowalnych negatywnych skutków. Przynajmniej University of Ohio wskazał, że jak dotąd nie ma ryzyka przebywania na polach 8 T.
Niektóre organizmy, takie jak bakterie, są w stanie inkorporować małe kryształy magnetytu i używać ich do orientowania się w polu magnetycznym Ziemi. Magnetyt znaleziono również w bardziej złożonych organizmach, takich jak pszczoły i ptaki, które używałyby go w tym samym celu..
Czy w ludzkim ciele znajdują się minerały magnetyczne? Tak, magnetyt został znaleziony w ludzkim mózgu, chociaż nie wiadomo, w jakim celu się tam znajduje. Można spekulować, że jest to przestarzała umiejętność..
Jeśli chodzi o uzdatnianie wody, opiera się ona na fakcie, że osady są zasadniczo substancjami diamagnetycznymi. Silne pola magnetyczne mogą być używane do usuwania osadów węglanu wapnia, gipsu, soli i innych substancji, które powodują twardość wody i gromadzą się w rurach i zbiornikach..
Jest to system o wielu zaletach, polegający na ochronie środowiska i utrzymaniu rur w dobrym stanie przez długi czas i przy niskich kosztach..
Jeszcze bez komentarzy