Materiali di diamagnetismo, applicazioni, esempi

Lui Diamagnetismo È una delle risposte che la materia ha prima della presenza di un campo magnetico esterno. È caratterizzato dall'essere contrario o opposto a questo campo magnetico e di solito, a meno che non sia l'unica risposta magnetica del materiale, la sua intensità è la più debole di tutte.

Quando l'effetto repulsivo è l'unico che un materiale presenta prima di un magnete, il materiale è considerato diamagnetico. Se altri effetti magnetici predominano, a seconda di cosa sia, sarà considerato paramagnetico o ferromagnetico.

Un pezzo di bismuto, materiale diamagnetico. Fonte: Pixabay.

Brugmans è attribuito a Sebald nel 1778 il primo riferimento alla repulsione tra uno qualsiasi dei poli di un magnete e un pezzo di materiale, particolarmente evidente in elementi come il bismuto e l'antimonio.

Più tardi, nel 1845 Michael Faraday studiò questo effetto più attentamente e concluse che era una proprietà intrinseca di tutta la questione.

[TOC]

Materiali diamagnetici e la loro risposta

Il comportamento magnetico del bismuto e dell'antimonio, e altri come oro, rame, elio e sostanze come acqua e legno, differisce notevolmente dalla ben nota e potente attrazione magnetica che i magneti esercitano su ferro, nichel o cobalto.

Nonostante sia una risposta a bassa intensità, prima di un campo magnetico esterno abbastanza intenso, qualsiasi materiale diamagnetico, anche materia organica vivente, è in grado di sperimentare una magnetizzazione opposta davvero notevole.

Generare campi magnetici intensi di 16 Tesla (già uno di 1 Tesla è considerato piuttosto intenso), Nijmegen High Field Magnet Laboratory Ricercatori di Amsterdam nel Nether.

È anche possibile levitare un piccolo magnete tra le dita di una persona, grazie al diamagnetismo e un campo magnetico abbastanza intenso. Di per sé, il campo magnetico esercita una forza magnetica capace che attira un piccolo magnete e può provare che questa forza compensa il peso, tuttavia il piccolo magnete non rimane molto stabile da dire.

Non appena si verificano uno spostamento minimo, la forza esercitata dal grande magnete lo attrae rapidamente. Tuttavia, quando le dita umane si trovano tra i magneti, il piccolo magnete si stabilizza e levita tra il pollice e l'indice della persona. La magia è dovuta alla repulsione causata dal diamagnetism delle dita.

Qual è l'origine della risposta magnetica nella questione?

L'origine del diamagnetismo, che è la risposta fondamentale di qualsiasi sostanza all'azione di un campo magnetico esterno, sta nel fatto che gli atomi sono formati da particelle subatomiche che hanno una carica elettrica.

Può servirti: teoria del big bang: caratteristiche, fasi, prove, problemi

Queste particelle non sono statiche e il loro movimento è responsabile della produzione di un campo magnetico. Naturalmente, la materia ne è piena e una sorta di risposta magnetica può sempre prevedere in qualsiasi materiale, non solo di composti di ferro.

L'elettrone è il principale responsabile delle proprietà magnetiche della questione. In un modello molto semplice, si può presumere che questa particella orbite al nucleo atomico con un movimento circolare uniforme. Questo è sufficiente affinché l'elettrone si comporti come una piccola spira di corrente in grado di generare campo magnetico.

La magnetizzazione da questo effetto è chiamata magnetizzazione orbitale. Ma l'elettrone ha un contributo aggiuntivo al magnetismo atomo: il momento angolare intrinseco.

Un'analogia per descrivere l'origine del momento angolare intrinseco è supporre che l'elettrone abbia un movimento di rotazione attorno al suo asse, proprietà che si chiama espín.

Essendo un movimento e per essere una particella caricata, lo spin contribuisce anche con la chiamata Magnetizzazione spin.

Entrambi i contributi danno origine alla magnetizzazione netta o risultante, tuttavia il più importante è proprio ciò che è dovuto alla rotazione. I protoni nel nucleo, sebbene abbiano carica elettrica e spin, non contribuiscono in modo significativo alla magnetizzazione dell'atomo.

Nei materiali diamagnetici la magnetizzazione risultante è nulla, poiché i contributi sia orbitali e di spin. Il primo a causa della legge di Lenz e della seconda, perché gli elettroni negli orbitali sono stabiliti in coppie di spin opposte e gli strati sono riempiti con un paio di elettroni.

Magnetismo in materia

L'effetto diamagnetico sorge quando la magnetizzazione orbitale riceve l'influenza di un campo magnetico esterno. La magnetizzazione così ottenuta è indicata M Ed è un vettore.

Indipendentemente da dove sia diretto il campo, la risposta diamagnetica sarà sempre ripugnante grazie alla legge di Lenz, in cui si afferma che la corrente indotta si oppone a qualsiasi cambiamento nel flusso magnetico che attraversa lo spase.

Ma se il materiale contiene una sorta di magnetizzazione permanente, la risposta sarà l'attrazione, tale è il caso del parametritismo e del ferromagnetismo.

Per quantificare gli effetti descritti, consideriamo un campo magnetico esterno H, Applicato a un materiale isotropico (le sue proprietà sono le stesse in qualsiasi momento nello spazio), all'interno del quale ha origine una magnetizzazione M. Grazie a questo, all'interno viene creata un'induzione magnetica B, Come risultato dell'interazione che si verifica tra H E M.

Può servirti: onde unidimensionali: espressione matematica ed esempi

Tutti questi importi sono vettoriali. B E M Sono proporzionali a H, Essendo la permeabilità del materiale μ e suscettibilità magnetica χ, le rispettive costanti di proporzionalità, che indicano quale è la risposta particolare della sostanza all'influenza magnetica esterna:

B = μH

La magnetizzazione del materiale sarà anche proporzionale a H:

M = χH

Le equazioni di cui sopra sono valide nel sistema CGS. Tanto B COME H E M Hanno le stesse dimensioni, sebbene unità diverse. Per B Gauss è usato in questo sistema e per H Viene utilizzato l'Oersted. Il motivo per farlo è differenziare il campo esternamente dal campo generato all'interno del materiale.

Nel sistema internazionale, che viene comunemente usato, la prima equazione acquisisce un aspetto leggermente diverso:

B = μ_O μ_R H

μ_O È la permeabilità magnetica di spazio vuoto equivalente a 4π x 10-7 t.M/A (Tesla-Metro/Ampere) e μ_R È la permeabilità relativa del mezzo in riferimento a un vuoto, che è senza dimensioni.

In termini di suscettibilità magnetica χ, che è la caratteristica più appropriata per descrivere le proprietà diamagnetiche di un materiale, questa equazione è scritta in questo modo:

B = (1 + χ) μ_OH

Con μ_R = 1 + χ

Nel sistema internazionale B è disponibile in Tesla (t), mentre H È espresso in ampere/metropolitana, un'unità che si pensava che un tempo chiamasse Lenz, ma che finora è stata lasciata in termini di unità fondamentali.

In quei materiali in cui χ è negativo, sono considerati diamagnetici. Ed è un buon parametro caratterizzare queste sostanze, poiché χ in esse può essere considerato un valore costante e indipendente della temperatura. Questo non è nei materiali che hanno più risposte magnetiche.

Di solito χ è dell'ordine di -10^-6 A -10^-5. I superconduttori sono caratterizzati dall'avere χ = -1 e quindi il campo magnetico interno è completamente cancellato (effetto meisner).

Sono i materiali diamagnetici perfetti, in cui il diamagnetismo cessa di essere una risposta debole e diventa abbastanza intensa da levitare gli oggetti, come descritto all'inizio.

Applicazioni: magneto-encefalografia e trattamento delle acque

Gli esseri viventi sono fatti di acqua e materia organica, la cui risposta al magnetismo è generalmente debole. Tuttavia, il diamagnetismo, come abbiamo detto, è una parte intrinseca della materia, inclusa Organic.

All'interno di umani e animali, circolano piccole correnti elettriche che indubbiamente creano effetto magnetico. In questo stesso momento, mentre il lettore segue queste parole, piccole correnti elettriche circolano nel suo cervello che gli permettono di accedere e interpretare le informazioni.

Può servirti: velocità istantanea: definizione, formula, calcolo ed esercizi

È rilevabile la debole magnetizzazione che si verifica nel cervello. La tecnica è conosciuta come Magneto-encefalografia, che utilizza i rilevatori chiamati squids (Dispositivi di interferenza quantistica superconduttiva) Per rilevare campi magnetici molto piccoli, dell'ordine di 10^-quindici T.

I calamari sono in grado di individuare fonti di attività cerebrale con enorme precisione. Un software è responsabile della raccolta dei dati ottenuti e trasformarli in una mappa dettagliata dell'attività cerebrale.

I campi magnetici esterni possono influenzare il cervello in qualche modo. Quanto? Alcune recenti indagini hanno dimostrato che un campo magnetico abbastanza intenso, di circa 1 t è in grado di influenzare il lobo parietale, interrompendo in parte dell'attività cerebrale da brevi momenti.

Altri, d'altra parte, in cui i volontari hanno trascorso 40 ore all'interno di un magnete che produce 4 t di intensità, hanno lasciato senza soffrire effetti negativi osservabili. Almeno l'Università dell'Ohio ha indicato che finora non vi è alcun rischio nel rimanere entro 8 campi.

Alcuni organismi come i batteri sono in grado di incorporare piccoli cristalli di magnetite e usarli per orientarsi all'interno del campo magnetico terrestre. La magnetite è stata trovata anche in organismi più complessi come api e uccelli, che la userebbero con lo stesso scopo.

Ci sono minerali magnetici nell'organismo umano? Sì, la magnetite è stata trovata nel cervello umano, sebbene non sia noto a quale scopo ci sia.  Si potrebbe ipotizzare che si tratti di un'abilità in disuso.

Per quanto riguarda il trattamento dell'acqua, si basa sul fatto che i sedimenti sono sostanzialmente sostanze diamagnetiche. È possibile utilizzare campi magnetici intensi e quindi rimuovere i sedimenti di carbonato di calcio, gesso, sale e altre sostanze che causano durezza nell'acqua e si accumulano nei tubi e nei contenitori.

È un sistema con molti vantaggi per conservare l'ambiente e mantenere i tubi in buone condizioni per molto tempo e a basso costo.

Riferimenti

1. Eisberg, r. 1978.  Fisica quantistica. Limusa. 557 -577.
2. Giovane, Hugh. 2016. Fisica universitaria di Sears-Zansky con fisica moderna. 14 ° ed. Pearson. 942
3. Zapata, f. (2003). Studio di mineralogie associate al pozzo di petrolio Guafita 8x appartenente al Campo di Guafita (Stato di Apure) attraverso misurazioni di suscettibilità magnetica e Mossbauer. Tesi di laurea. Università centrale del Venezuela.