Proprietà magnetiche dei materiali

I file di ferro rispondono al campo magnetico del magnete e adottano il modello delle loro linee

Quali sono le proprietà magnetiche dei materiali?

IL Proprietà magnetiche Dei materiali sono le manifestazioni che queste mostrano prima della presenza di campi magnetici esterni e anche al fatto che ci sono elementi e composti che producono spontaneamente questi campi.

Esempi di materiali con importanti proprietà magnetiche sono ferro, cobalto e nickel, oltre ad alcuni ossidi di ferro come magnetite e maghemitico, ossidi di cromo, ossidi di nichel e leghe come alnico (alluminio, nichel e cobalto).

Il suo magnetismo si manifesta attraverso l'attrazione esercitata da barre realizzate con questi materiali su limatura di ferro, clip di metallo, monete e altri piccoli oggetti metallici.

Se i file di ferro sono posizionati su un foglio di carta e passano un magnete a barra di seguito, si osserva che i file sono organizzati in uno schema di linee curve e chiuse, che lasciano un'estremità della barra e fine nell'altra.

Questo è il modello del campo magnetico che il magnete produce ed è formato grazie alla risposta dei documenti. Una volta rimosso il magnete, i file sono facilmente disorganizzati.

L'origine del magnetismo nel campo è il movimento degli elettroni all'interno dell'atomo. Gli elettroni hanno un movimento guidato dall'attrazione elettrostatica esercitata dal nucleo su di essi e hanno anche rotazione, una qualità completamente quantistica, analoga al girare l'elettrone intorno al proprio asse.

Di conseguenza, l'elettrone si comporta come una piccola spira di corrente che produce il proprio campo magnetico.

Risposta magnetica

Tutte le sostanze rispondono indistintamente a un campo magnetico esterno. È perché, in qualsiasi atomo, il movimento orbitale degli elettroni crea un vettore chiamato Momento magnetico orbitale, E lo spin crea il Il momento magnetico di Spin.

Tra loro generano il momento magnetico dell'elettrone e questo a sua volta contribuisce al momento magnetico netto dell'atomo.

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A proposito, i protoni, che come gli elettroni, sono particelle caricate in movimento, danno un contributo molto piccolo al momento magnetico netto dell'atomo. Quindi si può considerare che il momento magnetico atomico dipenda quasi interamente dai suoi elettroni.

Nella maggior parte dei materiali, i momenti magnetici sono distribuiti in modo casuale, risultando in un momento magnetico atomico netto 0. Ma nei materiali che sono in grado di produrre il proprio campo magnetico, i momenti sono molto più organizzati, non annullano e generano un momento magnetico non vuoto.

Supponiamo ora che un materiale sia posto in presenza di un campo magnetico esterno, che potrebbe allineare i momenti magnetici disordinati nel materiale e creare un momento magnetico diverso da 0. Ciò causerebbe una risposta magnetica della sostanza in questione.

Esistono tre tipi di risposte:

• Diamagnetismo
• Pararagnetismo
• Ferromagnetismo

Suscettibilità magnetica

Per caratterizzare ciascuna di queste risposte, esiste una quantità fisica senza dimensioni chiamate suscettibilità magnetica. Il suo valore informa sul grado di magnetizzazione che la sostanza è in grado di mostrare in presenza del campo magnetico esterno.

Sì M È il vettore di magnetizzazione creato dal momento magnetico netto vettoriale per unità di volume all'interno del materiale, H Il campo magnetico esterno e χ la suscettibilità magnetica, deve, per molte sostanze:

M = χ ∙H

Cioè, la magnetizzazione creata nel materiale è direttamente proporzionale al campo esterno applicato.

Proprietà magnetiche principali dei materiali

1. Diamagnetismo

Tutti i materiali senza eccezione, attuale risposta diamagnetica, che è sempre ripugnante per il campo magnetico esterno. Se questo è l'unico effetto che il campo esterno ha sul materiale, questo è considerato diamagnetico.

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La repulsione ha origine nella legge di Faraday-Lenz, poiché il campo esterno induce una corrente nel materiale che si oppone sempre alla causa che la causa.

I materiali con la risposta diamagnetica più accentuata sono il bismuto e l'antimonio. Il diamagnetismo può essere osservato anche con legno, acqua, sale, in metalli come oro, argento e rame e in alcuni gas come l'elio.

La suscettibilità magnetica di questi materiali è sempre negativa, ad esempio quella del bismuto è -16.6 (senza unità, poiché manca di dimensioni).

2. Pararagnetismo

Ci sono atomi con un momento magnetico netto di poca entità. Quando sono esposti a un campo magnetico esterno, esercita una coppia che tende ad allineare i singoli momenti magnetici con quel campo.

La risposta del materiale al campo è l'attrazione, che genera un vettore di magnetizzazione M rete all'interno. Pertanto la suscettibilità magnetica di un materiale paramagnetico è sempre positiva.

Quando si riscalda il materiale, l'allineamento della magnetizzazione acquisita con il campo esterno viene contrastato dall'agitazione termica, che tende a distruggerlo.

Sperimentalmente è noto che la suscettibilità magnetica χ dei materiali paramagnetici dipende dalla temperatura T come:

Dove c è una costante del materiale paramagnetico in questione. Questa equazione rappresenta il Legge Curie.

Esempi di materiali paramagnetici sono: uranio, platino, alluminio, sodio, solfato di rame e terre rare.

3. Ferromagnetismo

Nei materiali ferromagnetici, come ferro, nichel, cobalto e leghe, i momenti magnetici di ogni atomo tendono ad allinearsi molto di più, formando micro regioni chiamate Domini magnetici.

I domini sono orientati in modo casuale quando il materiale non è magnetizzato, come un chiodo di ferro, rendendo minima l'energia potenziale all'interno del materiale.

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Ma quando si applicano un campo magnetico esterno, i limiti dei domini vengono modificati, ottenendo dimensioni che riescono ad allinearsi con il campo esterno. Se questo è abbastanza intenso, tutti i domini acquisiscono la stessa direzione e il materiale è magnetizzato in esso.

Gli oggetti di ferro, nichel o cobalto, con elevata suscettibilità magnetica, possono acquisire un'intensa magnetizzazione quando soggetto all'influenza di un forte campo esterno e mantenerlo in gran parte quando il campo è soppresso. In questo modo puoi produrre magneti permanenti.

Come per i materiali paramagnetici, il ferromagnetismo diminuisce con la temperatura, scomparendo a una temperatura critica chiamata Temperatura Curie.

Un altro modo per indebolire la magnetizzazione è far cadere il magnete o colpirlo, poiché gli impatti tendono a annullare i domini magnetici.

Ferrimagnetismo

Nei materiali ferrimagnetici c'è anche un ordine nei singoli momenti magnetici di ogni atomo. Tutti sono allineati nella stessa direzione, ma alternando il significato, il che significa che alcuni possono essere cancellati, ma non tutti, quindi il risultato è una magnetizzazione netta nel materiale.

Un esempio di materiale ferrimagnetico è la maghemita, un ossido di ferro che in determinate condizioni è formato dalla magnetite e presenta un forte magnetismo.

4. Antiferromagnetismo

Un altro modo in cui vengono ordinati i momenti magnetici è l'antiparallela, cioè alternando i loro sensi, come nell'ossido di manganese, quindi non rispondono allo stesso modo ai campi esterni che i materiali ferromagnetici.

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