Diamagnetismusmaterialien, Anwendungen, Beispiele

Er Diamagnetismus Es ist eine der Antworten, die Materie vor dem Vorhandensein eines externen Magnetfelds hat. Es ist gekennzeichnet, indem es zu diesem Magnetfeld ist und normalerweise, es sei denn, es ist die einzige magnetische Reaktion des Materials, seine Intensität ist die schwächste von allen.

Wenn der abstoßende Effekt der einzige ist, das ein Material vor einem Magneten vorlegt, wird das Material als diamagnetisch angesehen. Wenn andere magnetische Effekte vorherrschen, wird es je nachdem, was dies ist, wird als paramagnetisch oder ferromagnetisch angesehen.

Ein Stück Wismut, diamagnetisches Material. Quelle: Pixabay.

Brugmans wird Sebald im Jahr 1778 der erste Hinweis auf die Abstoßung zwischen den Polen eines Magneten und einem Materialtstück zugeordnet, das insbesondere in Elementen wie Wismut und Antimon offensichtlich ist.

Später untersuchte Michael Faraday 1845 diesen Effekt genauer und kam zu dem Schluss, dass es sich um ein inhärentes Eigentum der gesamten Angelegenheit handelte.

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Diamagnetische Materialien und ihre Reaktion

Das magnetische Verhalten von Wismut und Antimon und anderen wie Gold, Kupfer, Helium und Substanzen wie Wasser und Holz unterscheidet.

Trotz einer Reaktion mit geringer Intensität, bevor ein externes Magnetfeld intensiv genug ist, kann jedes diamagnetische Material, sogar lebende organische Substanz, eine sehr bemerkenswerte entgegengesetzte Magnetisierung erleben.

Erzeugen Sie Magnetfelder, die so intensiv sind wie 16 Tesla (bereits einer von 1 Tesla gilt als ziemlich intensiv), Nijmegen High -Field -Magnetlaborforscher von Amsterdam im Unter.

Es ist auch möglich, einen kleinen Magneten zwischen den Fingern einer Person zu schweben. Das Magnetfeld übt eine magnetische Kraft aus, die einen kleinen Magneten anzieht, und kann versuchen, dass diese Kraft das Gewicht kompensiert. Der kleine Magnete bleibt jedoch nicht sehr stabil, um gesagt zu werden.

Sobald Sie eine minimale Verschiebung erleben. Wenn jedoch menschliche Finger zwischen den Magneten stehen, stabilisiert sich der kleine Magnet und Levita zwischen dem Daumen und dem Index der Person. Magie ist auf Abstoßung zurückzuführen, die durch Fingerdiamagnetismus verursacht wird.

Was ist der Ursprung der magnetischen Reaktion in dieser Angelegenheit??

Der Ursprung des Diamagnetismus, der die grundlegende Reaktion jeglicher Substanz auf die Wirkung eines externen Magnetfelds ist, liegt in der Tatsache, dass Atome durch subatomare Partikel mit elektrischer Ladung gebildet werden.

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Diese Partikel sind nicht statisch und ihre Bewegung ist für die Erzeugung von Magnetfeld verantwortlich. Natürlich ist die Materie voll von ihnen und eine Art magnetische Reaktion kann immer in keinem Material erwartet werden, nicht nur von Eisenverbindungen.

Das Elektron ist die Hauptverantwortung für die magnetischen Eigenschaften der Angelegenheit. In einem sehr einfachen Modell kann davon ausgegangen werden. Dies reich.

Die Magnetisierung aus diesem Effekt heißt Orbitalmagnetisierung. Aber das Elektron hat einen zusätzlichen Beitrag zum Atommagnetismus: den intrinsischen Winkelimpuls.

Eine Analogie, um den Ursprung des intrinsischen Winkelimpulses zu beschreiben, besteht darin.

Als Bewegung und als beladener Teilchen trägt der Spin auch zum Aufruf bei Spin -Magnetisierung.

Beide Beiträge führen zu einer Netto oder der daraus resultierenden Magnetisierung. Am wichtigsten ist jedoch genau das, was auf den Spin zurückzuführen ist. Protonen im Kern, obwohl sie elektrische Ladung und Spin haben, tragen nicht wesentlich zur Magnetisierung des Atoms bei.

In diamagnetischen Materialien die resultierende Magnetisierung ist für ungültig. Das erste wegen des Gesetzes von Lenz und am zweiten, weil Elektronen in den Orbitalen in entgegengesetzten Spinpaaren festgelegt werden und die Schichten mit ein paar Elektronen gefüllt sind.

Magnetismus in dieser Angelegenheit

Die diamagnetische Wirkung tritt auf, wenn die Orbitalmagnetisierung den Einfluss eines externen Magnetfelds erhält. Die so erhaltene Magnetisierung wird bezeichnet M Und es ist ein Vektor.

Unabhängig davon, wohin das Feld gerichtet ist, wird die diamagnetische Reaktion dank des Gesetzes von Lenz immer abstoßend sein.

Wenn das Material jedoch eine Art dauerhafte Magnetisierung enthält, ist die Reaktion die Anziehungskraft, so ist der Fall des Paramagnetismus und des Ferromagnetismus der Fall.

Um die beschriebenen Effekte zu quantifizieren, betrachten wir ein externes Magnetfeld H, auf ein isotropes Material angewendet (seine Eigenschaften sind an jedem Punkt im Raum gleich), in dem eine Magnetisierung entsteht M. Dank dessen wird eine magnetische Induktion im Inneren erzeugt B, Infolge der Wechselwirkung, die zwischen sich auftritt H Und M.

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Alle diese Beträge sind Vektor. B Und M Sie sind proportional zu H, Die Permeabilität von Material μ und magnetischer Anfälligkeit χ, die jeweiligen Verhältnismäßigkeitskonstanten, die angeben, welches die besondere Reaktion der Substanz auf den äußeren magnetischen Einfluss ist:

B = μH

Die Magnetisierung des Materials ist ebenfalls proportional zu H:

M = χH

Die obigen Gleichungen sind im CGS -System gültig. Soviel B als H Und M Sie haben die gleichen Dimensionen, obwohl unterschiedliche Einheiten. Für B Gauß wird in diesem System und für für verwendet H Das Oersted wird verwendet. Der Grund dafür ist, das Feld extern von dem Feld zu unterscheiden, das im Material erzeugt wird.

Im internationalen System, das üblicherweise verwendet wird, erhält die erste Gleichung ein etwas anderes Aussehen:

B = μ_entweder μ_R H

μ_entweder Es ist die magnetische Permeabilität von leerem Raum, der 4π x 10-7 t entspricht.m/a (Tesla-Metro/Ampere) und μ_R Es ist die relative Durchlässigkeit des Mediums in Bezug auf ein Vakuum, das dimensionlos ist.

In Bezug auf die magnetische Empfindlichkeit χ, die am besten geeignet ist, um die diamagnetischen Eigenschaften eines Materials zu beschreiben, ist diese Gleichung so geschrieben:

B = (1 + χ) μ_entwederH

Mit μ_R = 1 + χ

Im internationalen System B kommt in Tesla (T), während H Es wird in Ampere/Metro ausgedrückt, einer Einheit, von der eine Zeit, von der angenommen wurde.

In den Materialien, in denen χ negativ ist, werden sie als diamagnetisch angesehen. Und es ist ein guter Parameter, um diese Substanzen zu charakterisieren, da χ in ihnen als konstanter und unabhängiger Wert der Temperatur angesehen werden kann. Dies liegt nicht in den Materialien, die mehr magnetische Reaktionen haben.

Normalerweise ist χ aus der Größenordnung von -10^-6 A -10^-5. Superkonferenzen sind durch χ = -1 gekennzeichnet und daher ist das interne Magnetfeld vollständig aufgehoben (Meisner -Effekt).

Sie sind die perfekten diamagnetischen Materialien, in denen der Diamagnetismus aufhört, eine schwache Reaktion zu sein, und wird intensiv genug, um Objekte zu schweben, wie zu Beginn beschrieben.

Anwendungen: Magneto-Ezephalographie und Wasseraufbereitung

Lebewesen bestehen aus Wasser und organischer Substanz, deren Reaktion auf Magnetismus normalerweise schwach ist. Der Diamagnetismus ist jedoch, wie wir gesagt haben, ein intrinsischer Bestandteil der Materie, einschließlich organischer.

Im Inneren von Menschen und Tieren zirkulieren kleine elektrische Strömungen, die zweifellos einen magnetischen Effekt erzeugen. Im selben Moment, während der Leser diesen Wörtern folgt, zirkulieren kleine elektrische Strömungen in seinem Gehirn, die es ihm ermöglichen, auf die Informationen zugreifen zu können und zu interpretieren.

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Die schwache Magnetisierung, die im Gehirn auftritt, ist nachweisbar. Die Technik ist bekannt als als Magneto-Ezephalographie, Das verwendet Detektoren, die als Squids bezeichnet werden (Superkonditierende Quanteninterferenzgeräte), Um sehr kleine Magnetfelder aus der Größenordnung von 10 zu erkennen^-fünfzehn T.

Tintenfische können Quellen der Gehirnaktivität mit enormer Präzision lokalisieren. Eine Software ist dafür verantwortlich, die erhaltenen Daten zu sammeln und sie in eine detaillierte Karte der Gehirnaktivität umzuwandeln.

Externe Magnetfelder können das Gehirn in irgendeiner Weise beeinflussen. Wie viel? Einige jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass ein ziemlich intensives Magnetfeld von etwa 1 t den Parietallappen beeinflussen kann, was sich in einem Teil der Gehirnaktivität durch kurze Momente unterbricht.

Andere hingegen, in denen Freiwillige 40 Stunden innerhalb eines Magneten verbracht haben, der 4 t Intensität erzeugt, haben ohne beobachtbare negative Effekte zurückgelassen. Zumindest die Universität von Ohio hat angegeben, dass bisher kein Risiko besteht, innerhalb von 8 T -Feldern zu bleiben.

Einige Organismen wie Bakterien können kleine Magnetitkristalle integrieren und sie verwenden, um sich innerhalb des Erdmagnetfelds zu orientieren. Magnetit wurde auch in komplexeren Organismen wie Bienen und Vögeln gefunden, die es mit demselben Zweck verwenden würden.

Gibt es magnetische Mineralien im menschlichen Organismus?? Ja, Magnetit wurde im menschlichen Gehirn gefunden, obwohl es unbekannt ist, welcher Zweck dort ist.  Es könnte spekuliert werden, dass es sich um eine Nichtverbrauchsfähigkeit handelt.

In Bezug auf die Behandlung von Wasser beruht es auf der Tatsache, dass Sedimente im Grunde diamagnetische Substanzen sind. Es ist möglich, intensive Magnetfelder zu verwenden und so die Sedimente von Calciumcarbonat, Gips, Salz und anderen Substanzen zu entfernen, die im Wasser Härte verursachen und sich in den Rohren und Behältern ansammeln.

Es ist ein System mit vielen Vorteilen, um die Umwelt zu sparen und die Rohre für lange Zeit und kostengünstig in gutem Zustand zu halten.

Verweise

1. Eisberg, r. 1978.  Quantenphysik. Limusa. 557 -577.
2. Junge, Hugh. 2016. Sears-Zanskys Universitätsphysik mit moderner Physik. 14. ed. Pearson. 942
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