Paramagnetizem

Pojasnjujemo, kaj je paramagnetizem, njegove značilnosti, aplikacije in dajejo več primerov

Trajni magnetni trenutki so naključno usmerjeni, vendar se uskladijo z uporabljenim magnetnim poljem. Vir: Wikimedia Commons/F. Zapata.

Kaj je paramagnetizem?

On Paramagnetizem To je privlačnost, ki jo imajo nekateri materiali v prisotnosti zunanjega magnetnega polja. Paramagnetne snovi šibko privlačijo regije, kjer je to polje bolj intenzivno.

Izvor paramagnetizma je gibanje elektronov v atomu, saj se vsak premikajoči električni naboj obnaša kot majhen tok, ki ustvarja svoje magnetno polje.

Magnetizem elektrona in atoma je značilen skozi vektorsko velikost Magnetni trenutek. Atomi paramagnetnih materialov imajo neto magnetne trenutke, saj imajo manjkajoče elektrone, torej samotne elektrone v orbitalu in katerih neto magnetni trenutek ne razveljavi drug.

To je tisto, kar se zgodi v aluminiju, paramagnetna snov, katere 3P orbital vsebuje en sam elektron, ki atom daje svoj neto magnetni trenutek. Iron, na drugi strani, katerega magnetni odziv je še bolj intenziven, ima 4 manjkajoče elektrone na zadnji ravni.

Pred uporabo zunanjega polja so magnetni trenutki materiala naključno usmerjeni in tako je njegova magnetizacija, ki je neto magnetni trenutek na volumen enote, praznina. Ko pa je zunanje polje uporabljeno, so magnetni trenutki usmerjeni v isto smer polja, čeprav se nasprotuje toplotni vznemirjenosti atomov, kar preprečuje popolno poravnavo.

Ko se material odstrani iz zunanjega polja ali to izgine, se magnetni trenutki paramagnetne snovi vrnejo v začetno stanje motnje. Medtem ko ostanejo poravnani, se snov obnaša kot šibek magnet.

Značilnosti paramagnetizma

Za paramagnetne materiale je značilno predstavitev:

1.- Več zunanje elektronske plasti delno polno.

2.- Trajni neto magnetni trenutki zaradi prisotnosti manjkajočih elektronov, katerih magnetni trenutek ni preklican z drugim elektronom.

Lahko vam služi: 13 primerov Newtonovega drugega zakona v vsakdanjem življenju

3.- Magnetni trenutki, usmerjeni naključno, če ni zunanjega magnetnega polja.

4.- Neto magnetizacija v prisotnosti zunanjega polja, ki izgine takoj, ko je polje zatirano. Zgodi se, da poravnava z zunanjim poljem daje prednost minimalnemu energetskemu stanju elektronov.

5.- Pozitivna in majhna magnetna občutljivost: med 10⁻⁶ in 10⁻². Magnetna občutljivost je brezdimenzionalni pokazatelj enostavnosti snovi za magnetiziranje v prisotnosti zunanjega polja.

6.- Znižanje magnetizacije s temperaturo. Dejansko je paramagnetna gradiva upoštevala Curiejev zakon:

Kjer je χ magnetna dovzetnost, je T temperatura v Kelvinu in C konstanta materiala.

Aplikacije paramagnetizma

Elektronska paramagnetna resonanca

Ta tehnika zazna paramagnetne vrste pri uporabi zunanjega magnetnega polja na molekule paramagnetne trdne snovi prehodi.

Kasneje z uporabo elektromagnetne energije v mikrovalovnem območju je mogoče izdelati določen absorpcijski spekter, imenovan Elektronska resonanca.

Ta spekter omogoča preučevanje molekul organskega izvora, kot so prosti radikali iz interakcije med organsko snovjo in ionizirajočim sevanjem, ki med drugim ponujajo dragocene informacije o škodi, ki jih povzroča takšno sevanje v bioloških tkivih.

Anorganske vzorce lahko analiziramo tudi s pomočjo ionov prehodnih kovin.

Magnetno hlajenje

Zelo zanimiva uporaba nekaterih paramagnetnih soli, kot so magnezijev nitrat, železo-amonijev sulfat in železov-potasijev sulfat, je na območju nizkih temperatur.

Pri uporabi spremenljivega zunanjega magnetnega polja se lahko temperatura teh soli razlikuje, pojav, znan kot Magnetokalni učinek, opazili prvič ob koncu 19. stoletja v kovinskem železu. Na ta način je mogoče doseči temperature reda 0.01 K.

Vzorčni zmenki

V tej aplikaciji se za preučevanje materialov, ki so izpostavljeni ionizirajočemu sevanju, uporabljajo načela elektronske paramagnetne resonance. Ko predmet prejme ionizirajoče sevanje, ki lahko izhaja iz radioaktivnih mineralov Zemljine skorje, je sled, sestavljen iz električnih nabojev, ujetih v okvari kristalne strukture materiala.

Vam lahko služi: povprečna hitrost

Ta odtis se imenuje Paramagnetni center In ga je mogoče zaznati z elektronskimi tehnikami paramagnetne resonance.

Možno je ponuditi zmenke, saj vemo, da je vrednost električnih nabojev v paramagnetnih središčih odvisna, tako čas, ko je bil vzorec izpostavljen radioaktivnosti in odmerku (energija na enoto prejete mase).

Na ta način lahko starejše vzorce datiramo kot radiokarbonska metoda, na primer skeletne zobe kvartarne dobe, ki vsebujejo sevanje občutljive minerale.

Paramagnetni senzorji kisika

Uporabljajo se za odkrivanje količine kisika v vzorcu, saj je kisik paramagnetni, to je, da ga privlači magnetno polje magneta.

Senzor je sestavljen iz magneta, ki deluje kot vir magnetnega polja, dve sferi, polni dušika (neparamagnetnega materiala).

Na ogledalo vpliva žarek svetlobe, ki se odraža proti fotoelektričnim celicam. Ko kisik privlačijo magnetni drogovi, je navor, ki vrti kroglice z dušikom.

Zahvaljujoč zrcalu to gibanje zaznajo fotoelektrične celice, ki takoj oddajajo signal proti sistemu, ki ustvari električni tok, potreben za preprečevanje zavoja. Ta tok je sorazmeren s količino prisotnega kisika in ga je enostavno izmeriti z ampermetrom.

Avtomobilska paramagnetna barva

Ta barva avtomobila povzroči, da avtomobil spremeni barvo samo s pritiskom na gumb, zahvaljujoč posebnemu polimeru, ki vsebuje paramagnetni železov oksid.

Lahko vam služi: Norton Theorem: Opis, aplikacije, primeri in vaje

Paramagnetni delci z uporabo električnega toka so na določen način poravnani s poljem, kar vpliva na način, kako polimer absorbira in odraža svetlobo, kar ustvarja spremembe v barvi.

Seveda mora biti barva za spremembo avtomobila vklopljena. Ko je motor izklopljen, je njegova osnovna barva običajno bela.

Primeri paramagnetnih materialov

Naslednji materiali imajo paramagnetno vedenje:

Kisik (plinasti in tekočina)

Tekoči kisik se oprime magnetnim drogom. Vir: Jefferson Lab prek YouTuba.

Kisik je plinast pri sobni temperaturi in ena glavnih sestavnih delov atmosfere. Preprosta izkušnja v laboratoriju kaže, da se v teh nabira tekoči kisik, ki se vlije med drogove magneta.

CuPric sulfat

Ta spojina ima kmetijske aplikacije, kot je fungicid, za odpravo škodljivcev, ki vplivajo. Magnet zlahka pritegne vzorec te spojine.

Aluminij

Aluminij je lahka, odporna in ekonomična kovina z mnogimi aplikacijami. Je del vozil, letal, pripomočkov za gospodinjstvo in se zelo uporablja pri gradbeništvu. Krogla iz aluminijaste folije privlači tudi magnet.

Vodik

Atomski vodik je najpreprostejši in najpomembnejši element v vesolju in je paramagnetni zaradi neto magnetnega momenta svojega edinega elektrona.

Austenitno jeklo

Eno najbolj uporabljenih nerjavečih jekel je avstenitno nerjavno jeklo (ki vsebuje austenit, železno in ogljikovo spojino) s šibkimi paramagnetnimi lastnostmi.

Reference

1. Opombe o elektromedicini. Senzorji: paramagnetna analiza kisika. Okreval od: Pardell.je.
2. Cenam. Merjenje magnetne občutljivosti. Okreval od: cenam.mx.
3. Tečaj osnovnega materiala za materiale. Okreval od: upv.je.
4. Jefferson Lab. Tekoči dušik Vs. Tekoči kisik: magnetizem. Obnovil od: YouTube.com.
5. Magnetne lastnosti materialov. Okrevano od: e-ducative.Katedu.je.
6. Requena, a. Znanost in tehnika v antiki: elektronski spin Paleodood. Okreval od: hm.je.
7. Tormetalni. Magnetizem in nerjavno jeklo. Okrevano od: Tormetal.com.
8. Smith, w. 1998. Osnove materialov inženiringa. McGraw Hill.