המגנטיות היא צורה של מגנטיות אשר חומרים מסוימים נמשכים חלושה על ידי שדה מגנטי חיצוני ויוצרים שדות מגנטיים פנימיים מושרה בכיוון של מיושם שדה מגנטי.
בניגוד למה שרבים חושבים לעתים קרובות, תכונות מגנטיות אינן מוגבלות רק לחומרים פרומגנטיים. לכל החומרים יש תכונות מגנטיות, אפילו בצורה חלשה יותר. חומרים אלה נקראים פרמגנטיים ודיאמגנטיים.
באופן זה ניתן להבחין בין שני סוגים של חומרים: פרמגנטיים ודיאמגנטיים. בנוכחות שדה מגנטי, הפרמטגנטים נמשכים לעבר האזור בו עוצמת השדה גדולה יותר. במקום זאת, דיאגרמנטים נמשכים לאזור השדה בו העוצמה הנמוכה ביותר.
כאשר בנוכחות שדות מגנטיים, חומרים פרמגנטיים חווים את אותו סוג משיכה ודחייה שחווים מגנטים. עם זאת, כאשר השדה המגנטי נעלם, האנטרופיה מסיימת את היישור המגנטי שנגרם.
במילים אחרות, חומרים פרמגנטיים נמשכים על ידי שדות מגנטיים, אם כי הם אינם הופכים לחומרים ממגנטיים לצמיתות. כמה דוגמאות לחומרים פרה-מגנטיים הם: אוויר, מגנזיום, פלטינה, אלומיניום, טיטניום, טונגסטן וליתיום, בין היתר.
סיבות
פרמגנטיות נובעת מהעובדה שחומרים מסוימים מורכבים מאטומים ומולקולות שיש להם רגעים מגנטיים קבועים (או דיפולנים), גם כאשר הם לא נמצאים בנוכחות שדה מגנטי.
רגעים מגנטיים נגרמים על ידי ספינים של אלקטרונים לא מותאמים במתכות וחומרים אחרים שיש להם תכונות פרמגנטיות.
בפרמגנטיות טהורה הדיפולנים אינם מתקשרים זה עם זה, אלא מכוונים באופן אקראי בהיעדר שדה מגנטי חיצוני כתוצאה מתסיסה תרמית. זה מייצר רגע מגנטי אפס.
עם זאת, כאשר מוחלים שדה מגנטי, הדיפולנים נוטים להתיישר עם השדה המופעל, וכתוצאה מכך נוצר רגע מגנטי נטו בכיוון של אותו שדה ומוסיפים לזה של השדה החיצוני.
בשני המקרים, ניתן לכוון את יישור הדיפולים על ידי השפעת הטמפרטורה.
בדרך זו, כאשר החומר מחומם, התסיסה התרמית מסוגלת לנגוד את השפעת השדה המגנטי על הדיפולות והרגעים המגנטיים מכוונים את עצמם מחדש לכאוטי, ומפחיתים את עוצמת השדה המושרה.
החוק של קארי
החוק של קארי פותח בניסוי על ידי הפיזיקאי הצרפתי פייר קירי בשנת 1896. ניתן ליישם אותו רק כאשר קיימות טמפרטורות גבוהות והחומר הפרמגנטי נמצא בנוכחות שדות מגנטיים חלשים.
זה מכיוון שהוא לא מצליח לתאר פרמגנטיות כאשר חלק גדול מהרגעים המגנטיים מיושרים.
החוק קובע כי המגנטציה של החומר הפרמגנטי עומדת ביחס ישיר לעוצמת השדה המגנטי המופעל. זה מה שמכונה החוק של קארי:
M = X ∙ H = CH / T
בנוסחה לעיל M היא המגנטיזציה, H היא צפיפות השטף המגנטי של השדה המגנטי המיושם, T היא הטמפרטורה שנמדדת במעלות קלווין ו- C היא קבועה הספציפית לכל חומר ומכונה קבוע הקארי.
קיום החוק של קארי מראה גם שמגנטציה היא ביחס הפוך לטמפרטורה. מסיבה זו, כאשר החומר מחומם, הדיפולות והרגעים המגנטיים נוטים לאבד את הכיוון שנרכש על ידי נוכחות השדה המגנטי.
חומרים פרמגנטיים
חומרים פרמגנטיים הם כל אותם חומרים בעלי חדירות מגנטית (יכולת של חומר למשוך או לגרום לשדה מגנטי לעבור דרכם) בדומה לחדירות המגנטית של ואקום. חומרים כאלה מראים על רמת פרומגנטיות זניחה.
במונחים גופניים נאמר כי החדירות המגנטית היחסית שלה (המרכיב בין החדירות של החומר או המדיום לבין החדירות של ואקום) שווה בערך ל 1, המהווה את החדירות המגנטית של ואקום.
בין חומרים פרמגנטיים יש סוג מסוים של חומרים שנקרא superparamagnetic. למרות שהם פועלים לפי חוק קארי, לחומרים אלה יש ערך גבוה למדי של קבוע הקארי.
הבדלים בין פרמגנטיות לדיאמגנטיות
מיכאל פאראדיי היה זה שבספטמבר 1845 הבין שלמעשה כל החומרים (ולא רק החומרים הפרומגנטיים) מגיבים לנוכחותם של שדות מגנטיים.
בכל מקרה, האמת היא שרוב החומרים הם בעלי אופי יהלומי, מכיוון שזוגות האלקטרונים המזווגים - ולכן, עם ספין הפוך - מעדיפים באופן יחסי את הדיאמגנטיות. נהפוך הוא, רק כאשר ישנם אלקטרונים לא מותאמים, מתרחשת דיאמנאטיזם.
לחומרים פרמטניים וגם יהלומים מגנטיים יש רגישות חלשה לשדות מגנטיים, אך בעוד בראשון הוא חיובי באחרון הוא שלילי.
חומרים יהלומים מגוחכים מעט על ידי שדה מגנטי; מצד שני, פרמגנטיקה נמשכת, אם כי גם במעט כוח. בשני המקרים, כאשר מוסרים את השדה המגנטי, נעלמות השפעות המגנטציה.
כאמור, הרוב המכריע של האלמנטים המרכיבים את הטבלה המחזורית הם יהלומניים. לפיכך, דוגמאות לחומרים יהלומים הם מים, מימן, הליום וזהב.
יישומים
מכיוון שלחומרים פרמטגנטיים יש התנהגות דומה לשואב בהיעדר שדה מגנטי, יישומיהם בתעשייה מוגבלים במידה מסוימת.
אחד היישומים המעניינים ביותר של פרמגנטיות הוא תהודה אלקטרונית פרמגנטית (RPE), הנמצאת בשימוש נרחב בפיזיקה, כימיה וארכיאולוגיה. זוהי טכניקת ספקטרוסקופיה איתה ניתן לאתר מינים עם אלקטרונים לא מותאמים.
טכניקה זו מיושמת בתסיסה, בייצור פולימרים תעשייתיים, ללבוש שמנים מוטוריים ובייצור בירות, בין תחומים אחרים. באופן דומה, נעשה שימוש נרחב בטכניקה זו בתיארוך של שרידים ארכיאולוגיים.
הפניות
- Paramagnetism (nd). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 24 באפריל 2018 מ- es.wikipedia.org.
- Diamagnetism (nd). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 24 באפריל 2018 מ- es.wikipedia.org.
- Paramagnetism (nd). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 24 באפריל 2018 מ- en.wikipedia.org.
- Diamagnetism (nd). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 24 באפריל 2018 מ- en.wikipedia.org.
- צ'אנג, MC "Diamagnetism and paramagnetism" (PDF). הערות בהרצאת NTNU. הוחזר ב- 25 באפריל 2018.
- Orchard, AF (2003) מגנטוכימיה. הוצאת אוניברסיטת אוקספורד.