Μαγνητικές ιδιότητες του υδρογόνου

Το υδρογόνο είναι ένα αέριο που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα σε επίπεδα ιχνών που δεν μπορούν να διατηρήσουν τη ζωή. Συντίθεται από υδρογονάνθρακες και νερό. Το αέριο υδρογόνο αποτελεί το ελαφρύτερο κλάσμα του μορίου H2O. Το υδρογόνο είναι τόσο το ελαφρύτερο όσο και το πιο βασικό από όλα τα στοιχεία. Είναι ένα αρκετά αντιδραστικό αέριο, το οποίο εισέρχεται σε χημικό συνδυασμό με τα περισσότερα από τα στοιχεία και απωθεί απίθανα από μαγνητικές δυνάμεις.

Ένα μεγάλο τμήμα της φυσικής αφιερώνεται στη μελέτη των επιδράσεων που παράγονται σε διάφορα υλικά με την εφαρμογή ενός μαγνητικού πεδίου. Στο άτομο υδρογόνου, ένας πυρήνας με ένα μόνο θετικά φορτισμένο πρωτόνιο, που παραμένει ακίνητος, περιστρέφεται από ένα μόνο αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο. Μια τέτοια διαμόρφωση μπορεί να δώσει την εντύπωση ότι το υδρογόνο έχει ισχυρή μαγνητική έλξη, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Το αέριο υδρογόνο είναι, στην πραγματικότητα, πολύ ασθενώς μαγνητικό. Ο λόγος για αυτό είναι ότι τα άτομα υδρογόνου δεν βρίσκονται σε απομόνωση. Συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα μόριο, το οποίο έχει χαμηλότερη χημική ενέργεια από τα ξεχωριστά άτομα. Μέσα σε αυτό το μόριο, η ορμή ενός ηλεκτρονίου κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση από εκείνη του γείτονά του. Λόγω αυτού του φαινομένου, το μόριο είναι μόνο ασθενώς μαγνητικό και θεωρείται ότι στερείται μόνιμης μαγνητικής ροπής.

Το υδρογόνο είναι μια διαγνωστική ουσία. Ο διαμαγνητισμός εμφανίζεται σε υλικά των οποίων τα άτομα έχουν αντιστοιχιστεί ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με τον νόμο του Faraday, όταν ένα μόριο υδρογόνου εκτίθεται σε μαγνητικό πεδίο τα ηλεκτρόνια του που βρίσκονται σε τροχιά, αλλάζουν ελαφρώς την ορμή τους. Καθώς το μαγνητικό πεδίο αυξάνεται, δημιουργείται ένα επαγόμενο πεδίο, το οποίο τα ηλεκτρόνια του μορίου βιώνουν ως δύναμη. Μέσω αυτής της αρχής της φυσικής, το μόριο υδρογόνου αποκτά μια επαγόμενη μαγνητική ροπή. Αυτή η επαγόμενη στιγμή είναι αντίθετη από το εφαρμοζόμενο πεδίο και ονομάζεται διαμαγνητισμός. Μέσω αυτών των αρχών της φυσικής, το υδρογόνο απωθείται από έναν κοντινό μαγνήτη.

Ο μαγνητισμός είναι η βασική δύναμη που καθορίζει τη μορφή του πλάσματος ή της ιονισμένης ύλης. Οι περιοχές υδρογόνου γύρω από τους γαλαξίες είναι επίσης πλάσματα, παρά το γεγονός ότι ο βαθμός ιονισμού είναι μικρός. Ο βαθμός ιονισμού στον διαπλανητικό χώρο κυμαίνεται από εκείνον στις περιοχές υδρογόνου έως πλήρως ιονισμένες καταστάσεις σε άλλες περιοχές του διαστήματος. Ωστόσο, στο διάστημα, ακόμη και το ασθενώς ιονισμένο πλάσμα στην περιοχή του υδρογόνου αντιδρά έντονα στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Το μαγνητισμένο πλάσμα, όπως περιέχεται στην περιοχή του υδρογόνου, είναι η κυρίαρχη κατάσταση στο σύμπαν ως σύνολο.