Paramagnetism: Nguyên nhân, Vật liệu từ tính, Ví dụ và sự khác biệt với Diamagnetism
Paramagnetism là một dạng từ tính trong đó các vật liệu nhất định bị thu hút yếu bởi từ trường bên ngoài và hình thành từ trường bên trong được tạo ra theo hướng của từ trường được áp dụng.
Trái với những gì nhiều người thường nghĩ, tính chất từ tính không chỉ giảm đối với các chất sắt từ. Tất cả các chất có tính chất từ, mặc dù ở dạng yếu hơn. Những chất này được gọi là paramag từ và diamag từ.
Theo cách này, hai loại chất có thể được phân biệt: paramag từ và diamag từ. Với sự có mặt của từ trường, các từ trường được thu hút về phía khu vực có cường độ của trường lớn hơn. Mặt khác, những từ tính được thu hút vào khu vực của trường trong đó cường độ thấp hơn.
Khi có sự hiện diện của từ trường, các vật liệu thuận từ trải nghiệm cùng loại lực hút và lực đẩy do nam châm trải qua. Tuy nhiên, khi từ trường biến mất, entropy kết thúc sự liên kết từ tính được gây ra.
Nói cách khác, vật liệu thuận từ bị thu hút bởi từ trường, mặc dù chúng không được chuyển thành vật liệu từ hóa vĩnh viễn. Một số ví dụ về các chất thuận từ là: không khí, magiê, bạch kim, nhôm, titan, vonfram và lithium, trong số những chất khác.
Nguyên nhân
Paramagnetism là do thực tế là một số vật liệu được tạo thành từ các nguyên tử và phân tử có từ trường vĩnh cửu (hoặc lưỡng cực), ngay cả khi chúng không có sự hiện diện của từ trường.
Các khoảnh khắc từ tính được bắt nguồn từ các spin của các electron chưa ghép cặp của kim loại và các vật liệu khác có tính chất thuận từ.
Trong paramagnetism thuần túy, các lưỡng cực không tương tác với nhau, nhưng được định hướng ngẫu nhiên trong trường hợp không có từ trường bên ngoài do hậu quả của kích động nhiệt. Điều này tạo ra một khoảnh khắc từ tính null.
Tuy nhiên, khi một từ trường được áp dụng, các lưỡng cực có xu hướng thẳng hàng với trường được áp dụng, dẫn đến mô men từ thuần theo hướng của trường đã nói và thêm vào trường bên ngoài.
Trong mọi trường hợp, sự liên kết của các lưỡng cực có thể bị phản tác dụng bởi ảnh hưởng của nhiệt độ.
Theo cách này, khi vật liệu được nung nóng, kích động nhiệt có thể chống lại tác động của từ trường đối với các lưỡng cực và các khoảnh khắc từ tính được định hướng lại một cách hỗn loạn, làm giảm cường độ của trường cảm ứng.
Luật pháp
Định luật Curie được phát triển thực nghiệm bởi nhà vật lý người Pháp Pierre Curie vào năm 1896. Nó chỉ có thể được áp dụng khi nhiệt độ cao xảy ra và chất thuận từ có sự hiện diện của từ trường yếu.
Điều này là như vậy bởi vì nó không thể mô tả chủ nghĩa paramagnetism khi một phần lớn các khoảnh khắc từ tính được căn chỉnh.
Định luật quy định rằng từ hóa của vật liệu thuận từ tỷ lệ thuận với cường độ từ trường ứng dụng. Đó là những gì được gọi là Luật Curie:
M = X ∙ H = CH / T
Trong công thức trước M là từ hóa, H là mật độ từ thông của từ trường ứng dụng, T là nhiệt độ đo bằng độ Kelvin và C là hằng số đặc trưng cho từng vật liệu và được gọi là hằng số Curie.
Từ sự quan sát của định luật Curie cũng theo đó từ hóa tỷ lệ nghịch với nhiệt độ. Vì lý do này, khi vật liệu được nung nóng, các lưỡng cực và mô men từ có xu hướng mất đi sự định hướng có được bởi sự hiện diện của từ trường.
Vật liệu từ tính
Các vật liệu thuận từ là tất cả những vật liệu có tính thấm từ (khả năng thu hút hoặc làm cho nó đi qua từ trường) tương tự như tính thấm từ của chân không. Các vật liệu như vậy cho thấy một mức độ không đáng kể của ferromagnetism.
Về mặt vật lý, người ta đã nói rằng độ thấm từ tương đối của nó (thương số giữa độ thấm của vật liệu hoặc môi trường và độ thấm của chân không) xấp xỉ bằng 1, đó là độ thấm từ của chân không.
Trong số các vật liệu thuận từ có một loại vật liệu đặc biệt được gọi là siêu thuận từ. Mặc dù chúng tuân theo Luật Curie, những tài liệu này có giá trị hằng số Curie khá cao.
Sự khác biệt giữa chủ nghĩa paramagnetism và diamagnetism
Chính Michael Faraday, vào tháng 9 năm 1845, đã nhận ra rằng trong thực tế, tất cả các vật liệu (không chỉ ferromagnets) phản ứng với sự hiện diện của từ trường.
Trong mọi trường hợp, sự thật là hầu hết các chất đều có đặc tính từ tính, vì các cặp electron được ghép nối - và do đó, với spin ngược lại - thiên về diamagnetism. Ngược lại, chỉ khi có các electron chưa ghép cặp thì diamagnetism mới xảy ra.
Cả hai vật liệu thuận từ và diamag từ đều có độ nhạy yếu đối với từ trường, nhưng trong khi trước đây nó dương tính ở mặt sau, nó lại âm tính.
Các vật liệu từ tính bị đẩy lùi một chút bởi từ trường; Mặt khác, những người thuận từ bị thu hút, mặc dù cũng có ít lực. Trong cả hai trường hợp, khi từ trường bị loại bỏ, ảnh hưởng của từ hóa biến mất.
Như đã nói, phần lớn các yếu tố tạo nên bảng tuần hoàn là từ tính. Do đó, ví dụ về các chất từ tính là nước, hydro, heli và vàng.
Ứng dụng
Vì các vật liệu thuận từ có hành vi giống như chân không trong trường hợp không có từ trường, nên các ứng dụng của chúng trong ngành công nghiệp có phần giảm đi.
Một trong những ứng dụng thú vị nhất của thuyết paramagnetism là Cộng hưởng từ trường điện tử (RPE), được sử dụng rộng rãi trong vật lý, hóa học và khảo cổ học. Đây là một kỹ thuật quang phổ mà có thể phát hiện các loài có electron chưa ghép cặp.
Kỹ thuật này được áp dụng trong quá trình lên men, trong sản xuất công nghiệp polyme, để làm mòn dầu động cơ và sản xuất bia, trong số các lĩnh vực khác. Theo cách tương tự, kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong việc xác định niên đại của di tích khảo cổ.
