कुछ धातुओं पर चुम्बक का कोई प्रभाव क्यों नहीं होता

चुंबकत्व और बिजली इतने घनिष्ठ रूप से जुड़े हुए हैं कि आप उन्हें एक ही सिक्के के दो पहलू भी मान सकते हैं। कुछ धातुओं द्वारा प्रदर्शित चुंबकीय गुण धातु की रचना करने वाले परमाणुओं में इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की स्थितियों का परिणाम होते हैं।

वास्तव में, सभी तत्वों में चुंबकीय गुण होते हैं, लेकिन अधिकांश उन्हें स्पष्ट रूप से प्रकट नहीं करते हैं। जो धातुएँ चुम्बक की ओर आकर्षित होती हैं उनमें एक बात समान होती है, और वह है उनके बाहरी कोश में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन। चुंबकत्व के लिए यह सिर्फ एक इलेक्ट्रोस्टैटिक नुस्खा है, और यह सबसे महत्वपूर्ण है।

वे धातुएँ जिन्हें आप स्थायी रूप से चुम्बकित कर सकते हैं, कहलाती हैंलौह-चुंबकीयधातु, और इन धातुओं की सूची छोटी है। नाम से आता हैफेरम, लोहा के लिए लैटिन शब्द.​

सामग्री की एक बहुत लंबी सूची है जो हैंअनुचुंबकीय, जिसका अर्थ है कि चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में वे अस्थायी रूप से चुम्बकित हो जाते हैं। अनुचुम्बकीय पदार्थ सभी धातु नहीं होते हैं। कुछ सहसंयोजक यौगिक, जैसे ऑक्सीजन (O .)₂) कुछ आयनिक ठोसों की तरह अनुचुम्बकत्व प्रदर्शित करते हैं।

सभी सामग्री जो लौहचुम्बकीय या अनुचुम्बकीय नहीं हैं, वे हैंप्रति-चुंबकीय, जिसका अर्थ है कि वे चुंबकीय क्षेत्रों के लिए एक मामूली प्रतिकर्षण प्रदर्शित करते हैं, और एक साधारण चुंबक उन्हें आकर्षित नहीं करता है। दरअसल, सभी तत्व और यौगिक कुछ हद तक प्रतिचुंबकीय होते हैं।

चुंबकत्व के इन तीन वर्गों के बीच अंतर को समझने के लिए, आपको यह देखना होगा कि परमाणु स्तर पर क्या हो रहा है।

परमाणु के वर्तमान में स्वीकृत मॉडल में, नाभिक में धनावेशित प्रोटॉन होते हैं और विद्युत रूप से तटस्थ न्यूट्रॉन को मजबूत बल द्वारा एक साथ रखा जाता है, जो कि मौलिक बलों में से एक है प्रकृति। असतत ऊर्जा स्तरों, या गोले पर कब्जा करने वाले नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों का एक बादल, नाभिक को घेर लेता है, और ये चुंबकीय गुण प्रदान करते हैं।

एक परिक्रमा करने वाला इलेक्ट्रॉन एक बदलते विद्युत क्षेत्र को उत्पन्न करता है, और मैक्सवेल के समीकरणों के अनुसार, यह एक चुंबकीय क्षेत्र का नुस्खा है।क्षेत्र का परिमाण कक्षा के अंदर के क्षेत्र को धारा से गुणा करने के बराबर है।एक व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन एक छोटा करंट उत्पन्न करता है, और परिणामी चुंबकीय क्षेत्र, जिसे नामक इकाइयों में मापा जाता हैबोहर मैग्नेटन, भी छोटा है। एक विशिष्ट परमाणु में, इसके सभी परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न क्षेत्र आम तौर पर एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।

यह केवल एक इलेक्ट्रॉन की परिक्रमा गति ही नहीं है जो आवेश बनाता है, बल्कि एक अन्य गुण भी है जिसे के रूप में जाना जाता हैस्पिन. जैसा कि यह पता चला है, कक्षीय गति की तुलना में चुंबकीय गुणों को निर्धारित करने में स्पिन अधिक महत्वपूर्ण है, क्योंकि एक परमाणु में समग्र स्पिन असममित होने और चुंबकीय बनाने में सक्षम होने की अधिक संभावना है पल।

आप स्पिन को एक इलेक्ट्रॉन के घूर्णन की दिशा के रूप में सोच सकते हैं, हालांकि यह केवल एक मोटा अनुमान है। स्पिन इलेक्ट्रॉनों की एक आंतरिक संपत्ति है, गति की स्थिति नहीं। एक इलेक्ट्रॉन जो दक्षिणावर्त घूमता हैसकारात्मक स्पिन, या स्पिन अप करें, जबकि वामावर्त घुमाने वाला हैनकारात्मक स्पिन, या नीचे स्पिन।

इलेक्ट्रॉन स्पिन एक शास्त्रीय सादृश्य के बिना एक क्वांटम यांत्रिक संपत्ति है, और यह नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की नियुक्ति को निर्धारित करता है। इलेक्ट्रॉन प्रत्येक कोश में स्वयं को स्पिन-अप और स्पिन-डाउन जोड़े में व्यवस्थित करते हैं ताकि शून्य नेट बनाया जा सकेचुंबकीय पल​.

चुंबकीय गुण बनाने के लिए जिम्मेदार इलेक्ट्रॉन सबसे बाहरी हैं, यासंयोजक, परमाणु के गोले। सामान्य तौर पर, परमाणु के बाहरी आवरण में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन की उपस्थिति एक शुद्ध चुंबकीय क्षण बनाती है और चुंबकीय गुण प्रदान करते हैं, जबकि बाहरी कोश में युग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणुओं का कोई शुद्ध आवेश नहीं होता है और वे हैं प्रतिचुंबकीय यह एक ओवरसिम्प्लीफिकेशन है, क्योंकि वैलेंस इलेक्ट्रॉन कुछ तत्वों, विशेष रूप से लोहे (Fe) में कम ऊर्जा के गोले पर कब्जा कर सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनों की परिक्रमा द्वारा बनाए गए वर्तमान लूप प्रत्येक सामग्री को प्रतिचुंबकीय बनाते हैं, क्योंकि जब एक चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है, तो वर्तमान लूप सभी इसके विरोध में संरेखित होते हैं और क्षेत्र का विरोध करते हैं। यह application का एक आवेदन हैलेन्ज़ का नियम, जो बताता है कि एक प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र उस क्षेत्र का विरोध करता है जो इसे बनाता है। यदि इलेक्ट्रॉन स्पिन समीकरण में प्रवेश नहीं करता है, तो यह कहानी का अंत होगा, लेकिन स्पिन इसमें प्रवेश करता है।

संपूर्णचुंबकीय पल जे​किसी परमाणु का योग उसके का योग होता हैकक्षीय कोणीय गतिऔर उसकास्पिन कोणीय गति. कबजे= 0, परमाणु गैर-चुंबकीय है, और जबजे0, परमाणु चुंबकीय है, जो तब होता है जब कम से कम एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है।

नतीजतन, पूरी तरह से भरे हुए ऑर्बिटल्स वाला कोई भी परमाणु या यौगिक प्रतिचुंबकीय होता है। हीलियम और सभी उत्कृष्ट गैसें इसके स्पष्ट उदाहरण हैं, लेकिन कुछ धातुएं प्रतिचुंबकीय भी होती हैं। कुछ उदाहरण निम्नलिखित हैं:

• जस्ता
• बुध
• टिन
• टेल्यूरियम
• सोना
• चांदी
• तांबा

प्रतिचुंबकत्व किसी पदार्थ में कुछ परमाणुओं को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा एक तरफ खींचे जाने और अन्य को दूसरी दिशा में खींचने का शुद्ध परिणाम नहीं है। प्रतिचुंबकीय पदार्थ में प्रत्येक परमाणु प्रतिचुंबकीय होता है और बाह्य चुंबकीय क्षेत्र के प्रति समान दुर्बल प्रतिकर्षण का अनुभव करता है। यह प्रतिकर्षण दिलचस्प प्रभाव पैदा कर सकता है। यदि आप एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में सोने जैसे प्रतिचुंबकीय सामग्री की एक पट्टी को निलंबित करते हैं, तो यह क्षेत्र में लंबवत रूप से संरेखित होगी।

यदि परमाणु के बाहरी कोश में कम से कम एक इलेक्ट्रॉन अयुग्मित है, तो परमाणु में एक शुद्ध चुंबकीय क्षण होता है, और यह स्वयं को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित करेगा। ज्यादातर मामलों में, फ़ील्ड हटा दिए जाने पर संरेखण खो जाता है। यह अनुचुंबकीय व्यवहार है, और यौगिक इसे तत्वों के साथ-साथ प्रदर्शित कर सकते हैं।

अधिक सामान्य अनुचुंबकीय धातुओं में से कुछ हैं:

• मैगनीशियम
• अल्युमीनियम
• टंगस्टन
• प्लैटिनम

कुछ धातुएं इतनी कमजोर अनुचुंबकीय होती हैं कि चुंबकीय क्षेत्र के प्रति उनकी प्रतिक्रिया शायद ही ध्यान देने योग्य होती है। परमाणु चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित होते हैं, लेकिन संरेखण इतना कमजोर होता है कि एक साधारण चुंबक इसे आकर्षित नहीं करता है।

आप स्थायी चुंबक के साथ धातु को नहीं उठा सकते, चाहे आप कितनी भी कोशिश कर लें। हालाँकि, आप धातु में उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र को मापने में सक्षम होंगे यदि आपके पास एक संवेदनशील पर्याप्त उपकरण है। जब पर्याप्त शक्ति के चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो एक अनुचुंबकीय धातु की एक पट्टी स्वयं को क्षेत्र के समानांतर संरेखित करेगी।

जब आप चुंबकीय विशेषताओं वाले पदार्थ के बारे में सोचते हैं, तो आप आमतौर पर एक धातु के बारे में सोचते हैं, लेकिन कुछ अधातु, जैसे कैल्शियम और ऑक्सीजन, भी अनुचुंबकीय होते हैं। आप एक साधारण प्रयोग से अपने लिए ऑक्सीजन की अनुचुंबकीय प्रकृति को प्रदर्शित कर सकते हैं।

एक शक्तिशाली विद्युत चुंबक के ध्रुवों के बीच तरल ऑक्सीजन डालें, और ऑक्सीजन ध्रुवों पर एकत्रित होकर वाष्पीकृत हो जाएगी, जिससे गैस का एक बादल बन जाएगा। तरल नाइट्रोजन के साथ वही प्रयोग करें, जो अनुचुंबकीय नहीं है, और कुछ भी नहीं होगा।

कुछ चुंबकीय तत्व बाहरी क्षेत्रों के प्रति इतने संवेदनशील होते हैं कि एक के संपर्क में आने पर वे चुम्बकित हो जाते हैं, और जब क्षेत्र हटा दिया जाता है तो वे अपनी चुंबकीय विशेषताओं को बनाए रखते हैं। इन लौहचुंबकीय तत्वों में शामिल हैं:

• लोहा
• निकल
• कोबाल्ट
• गैडोलीनियम
• दयाता

ये तत्व लौहचुम्बकीय हैं क्योंकि अलग-अलग परमाणुओं के कक्षीय कोशों में एक से अधिक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। लेकिन कुछ और भी हो रहा है। इन तत्वों के परमाणु समूह बनाते हैं जिन्हें. के रूप में जाना जाता हैडोमेन, और जब आप एक चुंबकीय क्षेत्र का परिचय देते हैं, तो डोमेन अपने आप को क्षेत्र के साथ संरेखित करते हैं और आपके द्वारा फ़ील्ड को हटाने के बाद भी संरेखित रहते हैं। इस विलंबित प्रतिक्रिया के रूप में जाना जाता हैहिस्टैरिसीस,और यह वर्षों तक चल सकता है।

कुछ सबसे मजबूत स्थायी चुम्बकों को के रूप में जाना जाता हैदुर्लभ पृथ्वी चुंबक. सबसे आम में से दो हैंneodymiumमैग्नेट, जिसमें नियोडिमियम, लोहा और बोरॉन का संयोजन होता है, औरसमैरियम कोबाल्टमैग्नेट, जो उन दो तत्वों का एक संयोजन है। प्रत्येक प्रकार के चुंबक में, एक लौहचुंबकीय पदार्थ (लोहा, कोबाल्ट) एक अनुचुंबकीय दुर्लभ पृथ्वी तत्व द्वारा दृढ़ होता है।

​फेराइटचुम्बक, जो लोहे के बने होते हैं, औरअलनिकोमैग्नेट, जो एल्यूमीनियम, निकल और कोबाल्ट के संयोजन से बने होते हैं, आम तौर पर दुर्लभ पृथ्वी चुंबक से कमजोर होते हैं। यह उन्हें उपयोग करने के लिए सुरक्षित और विज्ञान प्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त बनाता है।

प्रत्येक चुंबकीय पदार्थ का एक विशिष्ट तापमान होता है जिसके ऊपर वह अपनी चुंबकीय विशेषताओं को खोना शुरू कर देता है। इसे के रूप में जाना जाता हैक्यूरी पॉइंट, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पियरे क्यूरी के नाम पर रखा गया, जिन्होंने तापमान से चुंबकीय क्षमता से संबंधित कानूनों की खोज की। क्यूरी बिंदु के ऊपर, एक लौहचुंबकीय पदार्थ में परमाणु अपना संरेखण खोना शुरू कर देते हैं, और सामग्री अनुचुंबकीय हो जाती है या, यदि तापमान काफी अधिक है, तो प्रतिचुंबकीय हो जाता है।

लोहे के लिए क्यूरी बिंदु 1418 F (770 C) है, और कोबाल्ट के लिए यह 2,050 F (1,121 C) है, जो उच्चतम क्यूरी बिंदुओं में से एक है। जब तापमान अपने क्यूरी बिंदु से नीचे गिर जाता है, तो सामग्री अपनी लौहचुंबकीय विशेषताओं को पुनः प्राप्त कर लेती है।

मैग्नेटाइट, जिसे लौह अयस्क या लौह ऑक्साइड के रूप में भी जाना जाता है, रासायनिक सूत्र Fe. के साथ ग्रे-ब्लैक खनिज है₃हे₄ यानी स्टील के लिए कच्चा माल। यह एक फेरोमैग्नेटिक सामग्री की तरह व्यवहार करता है, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने पर स्थायी रूप से चुंबकित हो जाता है। बीसवीं सदी के मध्य तक, हर कोई इसे लौहचुंबकीय मानता था, लेकिन यह वास्तव में हैलौहचुंबकीय, और एक महत्वपूर्ण अंतर है।

मैग्नेटाइट का फेरिमैग्नेटिज्म सामग्री में सभी परमाणुओं के चुंबकीय क्षणों का योग नहीं है, जो कि खनिज फेरोमैग्नेटिक होने पर सही होगा। यह खनिज की क्रिस्टल संरचना का ही परिणाम है।

मैग्नेटाइट में दो अलग-अलग जाली संरचनाएं होती हैं, एक अष्टफलकीय और एक चतुष्फलकीय। दो संरचनाओं में विपरीत लेकिन असमान ध्रुवताएं हैं, और प्रभाव एक शुद्ध चुंबकीय क्षण उत्पन्न करना है। अन्य ज्ञात फेरिमैग्नेटिक यौगिकों में येट्रियम आयरन गार्नेट और पाइरोटाइट शामिल हैं।

एक निश्चित तापमान से नीचे, जिसे कहा जाता हैनील तापमानफ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लुई नील के बाद, कुछ धातु, मिश्र धातु और आयनिक ठोस अपने अनुचुंबकीय गुणों को खो देते हैं और बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों के प्रति अनुत्तरदायी हो जाते हैं। वे अनिवार्य रूप से विचुंबकीय हो जाते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि सामग्री की जाली संरचना में आयन पूरे ढांचे में विरोधी समानांतर व्यवस्था में खुद को संरेखित करते हैं, जिससे एक दूसरे को रद्द करने वाले चुंबकीय क्षेत्र का विरोध होता है।

नील का तापमान -150 C (-240F) के क्रम में बहुत कम हो सकता है, जिससे सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए यौगिकों को अनुचुंबकीय बना दिया जाता है। हालांकि, कुछ यौगिकों में कमरे के तापमान या उससे ऊपर की सीमा में नील तापमान होता है।

बहुत कम तापमान पर, एंटीफेरोमैग्नेटिक सामग्री कोई चुंबकीय व्यवहार प्रदर्शित नहीं करती है। जैसे ही तापमान बढ़ता है, कुछ परमाणु जाली संरचना से मुक्त हो जाते हैं और खुद को चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित कर लेते हैं, और सामग्री कमजोर चुंबकीय बन जाती है। जब तापमान नील तापमान तक पहुँच जाता है, तो यह अनुचुंबकत्व अपने चरम पर पहुँच जाता है, लेकिन जैसे-जैसे तापमान इससे आगे बढ़ता है बिंदु, थर्मल आंदोलन परमाणुओं को क्षेत्र के साथ संरेखण बनाए रखने से रोकता है, और चुंबकत्व लगातार गिर जाता है बंद।

बहुत से तत्व एंटीफेरोमैग्नेटिक नहीं हैं - केवल क्रोमियम और मैंगनीज। एंटीफेरोमैग्नेटिक यौगिकों में मैंगनीज ऑक्साइड (MnO), आयरन ऑक्साइड के कुछ रूप (Fe .) शामिल हैं₂हे₃) और बिस्मथ फेराइट (BiFeO .)₃).