Paramanyetizma: Nedenleri, Paramanyetik Malzemeler, Diamagnetism ile Örnekler ve Farklılıklar
Paramanyetizma, belirli malzemelerin bir dış manyetik alan tarafından zayıf şekilde çekildiği ve uygulanan manyetik alan yönünde indüklenen iç manyetik alanları oluşturan bir manyetizma türüdür.
Birçok insanın düşündüğünün aksine, manyetik özellikler sadece ferromanyetik maddelere indirgenmez. Tüm maddeler, zayıf bir biçimde de olsa manyetik özelliklere sahiptir. Bu maddelere paramanyetik ve diamagnetic denir.
Bu şekilde, iki tür madde ayırt edilebilir: paramanyetik ve diamagnetic. Manyetik bir alanın varlığında, paramanyetik olanlar alanın yoğunluğunun daha büyük olduğu alana doğru çekilir. Öte yandan, diyamanyetik olanlar yoğunluğun daha düşük olduğu alanın bölgelerine çekilmektedir.
Manyetik alanların varlığında, paramanyetik malzemeler, mıknatısların yaşadığı aynı çekim ve itiş gücünü yaşarlar. Bununla birlikte, manyetik alan kaybolduğunda, entropi uyarılan manyetik hizalamayı sona erdirir.
Başka bir deyişle, paramanyetik malzemeler manyetik alanlardan etkilenir, ancak kalıcı mıknatıslanmış malzemelere dönüşmezler. Paramanyetik maddelerin bazı örnekleri: hava, magnezyum, platin, alüminyum, titanyum, tungsten ve lityum, diğerleri arasında.
nedenleri
Paramanyetizma, bazı malzemelerin, manyetik alanın olmadığı durumlarda bile, kalıcı manyetik momentlere (veya dipollere) sahip atomlardan ve moleküllerden oluşmasından kaynaklanmaktadır.
Manyetik momentler, eşleştirilmemiş metal elektronlarının ve paramanyetik özelliklere sahip diğer malzemelerin spin'lerinden kaynaklanır.
Saf paramanyetizmada dipoller birbirleriyle etkileşime girmez, ancak termal ajitasyonun bir sonucu olarak harici bir manyetik alanın olmaması durumunda rasgele yönlendirilir. Bu boş bir manyetik moment oluşturur.
Bununla birlikte, bir manyetik alan uygulandığında, dipoller uygulanan alanla hizalanma eğilimindedir, bu da bahsedilen alan yönünde net bir manyetik moment oluşturur ve dış alana eklenir.
Her durumda, dipollerin hizalanması sıcaklığın etkisiyle karşılanabilir.
Bu şekilde, malzeme ısıtıldığında, termal ajitasyon, manyetik alanın dipoller üzerindeki etkisini önleyebilir ve manyetik momentler kaotik bir şekilde yeniden yönlendirilerek indüklenen alanın yoğunluğunu azaltır.
Curie Kanunu
Curie kanunu, 1896 yılında Fransız fizikçi Pierre Curie tarafından deneysel olarak geliştirilmiştir. Sadece yüksek sıcaklıklar oluştuğunda ve paramanyetik madde zayıf manyetik alanların varlığında olduğunda uygulanabilir.
Bunun nedeni, manyetik momentlerin büyük bir kısmı hizalandığında paramanyetizmayı tanımlayamamasıdır.
Yasa, paramanyetik malzemenin mıknatıslanmasının, uygulanan manyetik alan kuvvetiyle doğrudan orantılı olduğunu belirtir. Curie Yasası olarak bilinen şey budur:
M = X = H = CH / T
Önceki formül M'de mıknatıslanma, H uygulanan manyetik alanın manyetik akı yoğunluğu, T derece Kelvin cinsinden ölçülen sıcaklıktır ve C, her malzemeye özgü ve Curie sabiti olarak adlandırılan bir sabittir.
Curie kanununun gözlemine göre, mıknatıslanmanın sıcaklıkla ters orantılı olduğunu da takip eder. Bu nedenle, malzeme ısıtıldığında, dipoller ve manyetik momentler, manyetik alanın varlığı ile elde edilen yönelimi kaybetme eğilimindedir.
Paramanyetik malzemeler
Paramanyetik malzemeler, vakumun manyetik geçirgenliğine benzer şekilde manyetik geçirgenliği olan (bir maddenin manyetik alandan geçirme veya geçirme kapasitesi) olan tüm malzemelerdir. Bu tür malzemeler ihmal edilebilir düzeyde bir ferromanyetizma göstermektedir.
Fiziksel anlamda, nispi manyetik geçirgenliğinin (malzemenin veya ortamın geçirgenliği ile vakum geçirgenliği arasındaki oran) vakumun manyetik geçirgenliği olduğu yaklaşık 1'e eşittir.
Paramanyetik malzemeler arasında, süper paramanyetik denilen özel bir malzeme türü vardır. Curie Yasasını izleseler de, bu materyaller oldukça yüksek bir Curie sabit değerine sahiptir.
Paramanyetizma ile diyamanyetizma arasındaki farklar
Eylül 1845'te gerçekte tüm malzemelerin (sadece ferromanyetlerin değil) manyetik alanların varlığına tepki gösterdiğini fark eden Michael Faraday'dı.
Her durumda, gerçek şu ki çoğu madde diamagnetic karaktere sahip, çünkü elektron çiftleri eşleşmiş - ve dolayısıyla zıt spinle - diamagnetism'i hafifçe destekliyorlar. Aksine, sadece eşlenmemiş elektronlar varken diyamanyetizma meydana gelir.
Paramanyetik ve diyamanyetik materyallerin her ikisi de manyetik alanlara karşı zayıf bir duyarlılığa sahiptir, ancak öncekilerde sonuncusu pozitif iken negatifdir.
Diyamanyetik malzemeler bir manyetik alan tarafından hafifçe itilir; Öte yandan, paramanyetik olanlar, az güçle de olsa cezbedilmektedir. Her iki durumda da, manyetik alan kaldırıldığında, mıknatıslamanın etkileri ortadan kalkar.
Daha önce de belirtildiği gibi, periyodik tabloyu oluşturan elementlerin büyük çoğunluğu diyamanyetiktir. Böylece, diamagnetic maddelerin örnekleri su, hidrojen, helyum ve altındır.
uygulamaları
Paramanyetik malzemeler manyetik alan yokluğunda vakum benzeri bir davranışa sahip olduklarından, endüstrideki uygulamaları bir şekilde azalır.
Paramanyetizmanın en ilginç uygulamalarından biri, fizik, kimya ve arkeolojide yaygın olarak kullanılan Elektronik Paramanyetik Rezonanstır (RPE). Eşleştirilmemiş elektronlarla türlerin tespit edilmesinin mümkün olduğu spektroskopik bir tekniktir.
Bu teknik fermantasyonlarda, endüstriyel polimer üretiminde, motor yağlarının aşınmasında ve bira üretiminde, diğer alanlarda da uygulanır. Aynı şekilde, bu teknik arkeolojik kalıntıların tarihlendirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
