Paramágneses fajok vannak mindenütt. Megfelelő körülmények között, és kellően komor hangon hangzik el, ez a kifejezés furcsa idegen betolakodók képeit idézheti meg az egész földkerekségen. Ehelyett egy alapvető megállapítás egy bizonyos minőségről, amelyet a Földön és annak körüli részecskék jól körülhatárolható halmaza oszt meg, és amelyet objektív és könnyen meghatározható kritériumok alapján határoznak meg.
Kétségtelen, hogy mágneseket használt az életében, és a legtöbb esetben, ha nem triviális mágneses téren belül működött, még nem volt tudatában annak. Még azt is tudhatja, hogy bizonyos anyagok állandó mágnesként működnek, és ezek vonzhatják a fémeket, bár ezek a fémek önmagukban nem mágnesek. Vagy ők?
Amint előfordul, a fizika világa, nevezetesen az elektromágnesesség részfegyelme, a mágnesesség sokféle típusát tartalmazza. Ezek egyike paramágnesesség, és ez egy olyan tulajdonság, amely gyakran könnyen ellenőrizhető a látás során, mert a paramágneses anyagokat vonzza a külsőleg alkalmazott mágneses mező. De hogyan történik ez, és egyébként is honnan származnak a mágneses "mezők"? Annak a lehetőségnek, hogy megtanulja mindezt és még sok mást, erőteljesen fel kell vonnia az olvasás folytatására!
Mi a mágnesség?
Az 1700-as évek végén megfigyelték, hogy egy iránytű tű, amely a Föld mágneses mezőjének eredményeként észak felé mutat, a közeli elektromos áram jelenlétével eltéríthető.
Ez az első ismert bizonyíték arra, hogy az elektromosság és a mágnesesség valahogy összekapcsolódott. Valójában a mozgó töltések (ez az elektromos áram meghatározása) mágneses tereket generálnak az "áramkörök geometriájától függő" vonalakkal ".
Amikor egy áramot vezető huzalt többször tekercselnek vagy tekercselnek bizonyos típusú fémek köré, ez kiválthatja a mágnesesség tulajdonságát ezekben a fémekben, legalábbis az áram alatt alkalmazott. Ezek egy részét olyan helyeken használják, mint a fémhulladék-udvarok, és elég nagyok ahhoz, hogy egész autókat emeljenek.
Az elektromos áram és a mágneses mezők kölcsönhatása olyan téma, amely teljes tankönyveket képes kitölteni és megtölt, de egyelőre tudnia kell, hogy ennek oka egyes anyagok másképp reagál a mágneses mezőkre, mint mások az atomok legmagasabb ("legkülső") energiahéjában lévő elektronok tulajdonságaira vonatkoznak. anyagok.
A szilárd anyagok mágnesezése
Ha egy szilárd anyag egy alkalmazott mágneses mezőbe kerül, akkor számíthat arra, hogy az anyagban lévő molekulák viselkedése bizonyos mértékben függ az anyag állapotától. Az egy gáz, amelynek molekulái meglehetősen szabadon mozognak, és a folyékony, amelyben a molekulák együtt maradnak, de szabadon elcsúszhatnak egymás mellett, másképp viselkedhet, mint egy szilárd anyag, amelynek molekulái a helyükön vannak rögzítve, általában rács típusú struktúrában.
Ha egy szilárd anyag kristályszerkezetét ábrázolja (és ennek az ismétlődő mintának a természete anyagonként változhat), akkor elképzelheti az atomok magját a kockák középpontjában lenni, az elektronok közöttük lévő tereket foglalják el, szabadon rezeghetnek, és fém szilárd anyagok esetén szabadon láncolhatatlanul barangolhatnak a szülőknél magok.
Amikor egy szilárd anyag elektronjai állandó mágnessé teszik az anyagot, vagy amelyből ilyen mágnessé lehet tenni, akkor az anyagot ún. ferromágneses (a latin nyelvből ferrum, jelentése vas). A vas mellett a kobalt, a nikkel és a gadolinium elemek ferromágnesesek.
A legtöbb anyag azonban más reakciókat mutat a mágneses mezőkre, így a legtöbb atom paramágneses vagy diamagneses. Ezek a tulajdonságok különböző mértékben megtalálhatók ugyanazokban az anyagokban, és olyan tényezők, mint a hőmérséklet befolyásolhatják az anyag reakcióját az alkalmazott mágneses mezőkre.
Diamagnetizmus, paramagnetizmus és ferromágnesesség összehasonlítva
Tekintsen három különböző barátot, akiket jelöltként választott, hogy tesztelje új tudományos játékalkalmazását.
Egyikük csak az Ön késztetéseire reagál, hogy próbálja ki, azzal, hogy ellenállóbbá válik, mint a játék elején. A második beleegyezik az alkalmazás telepítésébe és a játékba, de gyorsan abbahagyja a játékot és eltávolítja az alkalmazást minden alkalommal, amikor egyedül hagyja, csak azért, hogy újratelepítse és folytassa a játékot, valahányszor újra megjelenik; és a harmadik barát azonnal beleköt az alkalmazásba és soha abbahagyja a használatát.
Lazán így működik egymással kapcsolatban az a háromfajta mágia, amelyről az irodai pártnál valószínűleg hallani fog. Míg a már leírt ferromágnesesség az állandó mágnesesség állapota, hogyan történik ez, és mik az alternatívák?
Ahogy előfordul, a ferromágnesességnek négy jól érthető alternatívája van. A paramágnesesség ismét a mágneses mező vonzásának tulajdonsága, és a fémek széles körére vonatkozik, beleértve a legtöbb modern hűtőszekrényt is. A dimagnetizmus ellentétes, hajlamos egy mágneses tér taszítani. Minden anyag bizonyos fokú diamágnesességet mutat. Mindkét esetben kritikusan az anyag visszatér a korábbi állapotához, amikor a mezőt eltávolítják.
- Hangosan szólva a "ferromágnesesség" és a "paramágnesesség" nagyon egyformán hangzik, ezért legyen óvatos, amikor ezeket a témákat tárgyalja a fizika tanulmányi csoportjában.
Ferrimágnesesség és antiferromágnesesség ritkábban találkoznak a mágnesesség típusaival. A ferrimágneses anyagok hasonlóan viselkednek, mint a ferromágneses anyagok, ide tartoznak a jacobsite és a magnetit is. A hematit és a troilit két olyan vegyület, amely antiferromágnesességet mutat, ahol nem keletkezik mágneses momentum.
A paramágneses vegyületek és atomok jellemzői
A paramágneses elemeknek és a paramágneses molekuláknak egyetlen fő vonásuk van, és ennek is van párosítatlan elektronok. Minél több van ezekből, annál valószínűbb, hogy az atom vagy a molekula paramágnesességet mutat. Ugyanis ezek az elektronok rögzített módon igazodnak az alkalmazott mágneses tér orientációjához, így minden atom vagy molekula körül mágneses dipólus momentumokat hoznak létre.
Ha ismeri az elektronkitöltési szabályokat, akkor tudja, hogy az alhéjak pályái kettőt is elférnek mindegyik elektron, és hogy van egy ilyen egy s alhéjhoz, három egy p alhéjhoz és öt egy d alhéjhoz alhéj. Ez lehetővé teszi két, hat és 10 elektron kapacitását minden alhéjban, de ezek megtelnek úgy, hogy mindegyik a pálya csak egy elektront tart a lehető leghosszabb ideig, amíg az ott lévő egy elektronnak be kell fogadnia a szomszéd.
Ez azt jelenti, hogy az elemek periódusos rendszerében található információk alapján meghatározhatja, hogy egy anyag paramágneses lesz-e, és gyengén paramágneses lesz (mint például Cl-ben, amelynek egyetlen párosítatlan elektronja van) vagy erősen paramágneses (mint a platina, amelynek két párosítatlan elektronja van).
A mágneses és a paramágneses atomok és molekulák listája
A mágnesesség számszerűsítésének egyik módja az úgynevezett paraméter mágneses érzékenység χm, amely egy dimenzió nélküli mennyiség, amely az anyag reakcióját az alkalmazott mágneses mezőre adja. A vas-oxid, a FeO nagyon magas, 720-as értékkel rendelkezik.
Egyéb erősen paramágnesesnek tekintett anyagok közé tartozik a vas-ammónium-alumínium (66), urán (40), platina (26), volfrám (6.8), cézium (5.1), alumínium (2.2), lítium (1.4) és magnézium (1.2), nátrium (0.72) és oxigéngáz (0.19).
Ezek az értékek széles skálán mozognak, és az oxigéngáz szerénynek tűnhet, de egyes paramágneses anyagok jóval kisebb értékeket mutatnak, mint a fent felsoroltak. Szobahőmérsékleten a legtöbb szilárd anyag χm értéke kisebb, mint 0,00001, vagy 1 x 10-5.
Az érzékenységet, amint az várható volt, negatív értékként adjuk meg, ha az anyag diamagneses. Ilyen például az ammónia (−26) bizmut (−16,6) higany (−2,9) és a gyémántban lévő szén (−2,1).