PARAMAGNETISMUS: PŘÍČINY, PARAMAGNETICKÉ MATERIÁLY, PŘÍKLADY - FYZICKÝ - 2025

Paramagnetismus je forma magnetismu, které některé materiály jsou slabě přitahovány vnějším magnetickým polem a tvořit vnitřní magnetické pole, indukované ve směru aplikovaného magnetického pole.

Na rozdíl od toho, co si mnozí lidé často myslí, nejsou magnetické vlastnosti omezeny pouze na feromagnetické látky. Všechny látky mají magnetické vlastnosti, dokonce i slabší. Tyto látky se nazývají paramagnetické a diamagnetické.

Tímto způsobem lze rozlišit dva typy látek: paramagnetické a diamagnetické. V přítomnosti magnetického pole jsou paramagnetická přitahována směrem k zóně, kde je intenzita pole větší. Místo toho jsou diamagnetika přitahovány do oblasti pole, kde je nejnižší intenzita.

Když jsou v přítomnosti magnetických polí, paramagnetické materiály zažívají stejný druh přitažlivosti a odporu, jaký zažívají magnety. Když však magnetické pole zmizí, entropie ukončí magnetické zarovnání, které bylo indukováno.

Jinými slovy, paramagnetické materiály přitahují magnetická pole, ačkoli se nestávají permanentně magnetizovanými materiály. Některé příklady paramagnetických látek jsou: vzduch, hořčík, platina, hliník, titan, wolfram a lithium.

Příčiny

Paramagnetismus je způsoben skutečností, že určité materiály jsou tvořeny atomy a molekulami, které mají permanentní magnetické momenty (nebo dipóly), i když nejsou v přítomnosti magnetického pole.

Magnetické momenty jsou způsobeny točením nepárových elektronů v kovech a jiných materiálech, které mají paramagnetické vlastnosti.

V čistém paramagnetismu dipóly vzájemně neinteragují, ale jsou orientovány náhodně v nepřítomnosti vnějšího magnetického pole v důsledku tepelného míchání. To generuje nulový magnetický moment.

Když je však aplikováno magnetické pole, mají dipóly tendenci se vyrovnat s aplikovaným polem, což vede k čistému magnetickému momentu ve směru tohoto pole a přidává se k vnějšímu poli.

V obou případech může být vyrovnávání dipólů ovlivněno působením teploty.

Tímto způsobem, když je materiál zahříván, je tepelné míchání schopné působit proti účinku, který má magnetické pole na dipóly a magnetické momenty se chaoticky přeorientují, čímž se snižuje intenzita indukovaného pole.

Curieho zákon

Curieův zákon byl experimentálně vyvinut francouzským fyzikem Pierrem Curiem v roce 1896. Lze jej použít pouze tehdy, jsou-li přítomny vysoké teploty a paramagnetická látka je v přítomnosti slabých magnetických polí.

Je to tak proto, že se nepodaří popsat paramagnetismus, když je velká část magnetických momentů zarovnána.

Zákon uvádí, že magnetizace paramagnetického materiálu je přímo úměrná intenzitě aplikovaného magnetického pole. To je známé jako Curieho zákon:

M = X = H = CH / T

Ve výše uvedeném vzorci M je magnetizace, H je hustota magnetického toku aplikovaného magnetického pole, T je teplota měřená ve stupních Kelvin a C je konstanta, která je specifická pro každý materiál a nazývá se Curieova konstanta.

Dodržování Curieho zákona také ukazuje, že magnetizace je nepřímo úměrná teplotě. Z tohoto důvodu, když je materiál zahříván, mají dipóly a magnetické momenty tendenci ztrácet orientaci získanou přítomností magnetického pole.

Paramagnetické materiály

Paramagnetické materiály jsou všechny materiály s magnetickou permeabilitou (schopnost látky přitahovat nebo způsobovat průchod magnetického pole) podobné magnetické propustnosti vakua. Takové materiály vykazují zanedbatelnou úroveň feromagnetismu.

Fyzicky se uvádí, že její relativní magnetická propustnost (kvocient mezi propustností materiálu nebo média a propustností vakua) je přibližně rovna 1, což je magnetická propustnost vakua.

Mezi paramagnetickými materiály existuje zvláštní typ materiálů, který se nazývá superparamagnetický. Přestože se řídí Curieho zákonem, mají tyto materiály poměrně vysokou hodnotu Curieovy konstanty.

Rozdíly mezi paramagnetismem a diamagnetismem

V září 1845 si Michael Faraday uvědomil, že ve skutečnosti všechny materiály (nejen feromagnetické) reagují na přítomnost magnetických polí.

V každém případě je pravdou, že většina látek má diamagnetický charakter, protože dvojice párových elektronů - a tedy s opačným spinem - slabě upřednostňují diamagnetismus. Naopak diamagnetismus se vyskytuje pouze v případě, že existují nepárové elektrony.

Oba paramagnetické i diamagnetické materiály mají slabou citlivost na magnetická pole, ale zatímco v prvním je pozitivní, v druhém je negativní.

Diamagnetické materiály jsou mírně odpuzovány magnetickým polem; na druhé straně jsou paramagnetika přitahována, i když také s malou silou. V obou případech, když je magnetické pole odstraněno, účinky magnetizace zmizí.

Jak již bylo zmíněno, drtivá většina prvků tvořících periodickou tabulku je diamagnetická. Příklady diamagnetických látek jsou tedy voda, vodík, helium a zlato.

Aplikace

Protože paramagnetické materiály mají podobné chování jako vakuum v nepřítomnosti magnetického pole, jejich použití v průmyslu je poněkud omezené.

Jednou z nejzajímavějších aplikací paramagnetismu je Electronic Paramagnetic Resonance (RPE), která je široce používána ve fyzice, chemii a archeologii. Jedná se o spektroskopickou techniku, pomocí které je možné detekovat druhy pomocí nepárových elektronů.

Tato technika se mimo jiné používá při fermentacích, při průmyslové výrobě polymerů, pro opotřebení motorových olejů a při výrobě piva. Podobně je tato technika široce používána při datování archeologických pozůstatků.

Reference

1. Paramagnetismus (nd). Na Wikipedii. Citováno z 24. dubna 2018, z es.wikipedia.org.
2. Diamagnetismus (nd). Na Wikipedii. Citováno z 24. dubna 2018, z es.wikipedia.org.
3. Paramagnetismus (nd). Na Wikipedii. Citováno z 24. dubna 2018, z en.wikipedia.org.
4. Diamagnetismus (nd). Na Wikipedii. Citováno z 24. dubna 2018, z en.wikipedia.org.
5. Chang, MC „Diamagnetismus a paramagnetismus“ (PDF). NTNU přednáška poznámky. Načteno 25. dubna 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnetochemie. Oxford University Press.