DIAMAGNETISM: MGA MATERYALES, APLIKASYON, HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang diamagnetism ay isa sa mga sagot ay ang bagay sa pagkakaroon ng isang panlabas na larangan ng magnetic. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging kabaligtaran o kabaligtaran sa magnetic field na ito at kadalasan, maliban kung ito lamang ang magnetic na tugon ng materyal, ang intensity nito ay ang pinakamahina sa lahat.

Kung ang masamang epekto ay isa lamang na ipinapakita ng isang materyal sa isang magnet, ang materyal ay itinuturing na diamagnetic. Kung ang iba pang mga magnetic effects ay namamayani, depende sa kung ano ito, ituturing itong paramagnetic o ferromagnetic.

Isang piraso ng bismuth, isang materyal na diamagnetic. Pinagmulan: Pixabay.

Si Sebald Brugmans ay nakilala sa 1778 na may unang sanggunian sa pagtanggi sa pagitan ng alinman sa mga poste ng isang magnet at isang piraso ng materyal, partikular na maliwanag sa mga elemento tulad ng bismuth at antimonya.

Nang maglaon, noong 1845, pinag-aralan ni Michael Faraday ang epekto na ito at tinapos na ito ay isang likas na pag-aari ng lahat ng bagay.

Diamagnetic na materyales at ang kanilang tugon

Ang magnetic na pag-uugali ng bismuth at antimonya, at iba pa tulad ng ginto, tanso, helium, at mga sangkap tulad ng tubig at kahoy, ay naiiba mula sa kilalang makapangyarihang pang-akit na pang-akit na ang mga magnet ay nagbibigay ng bakal, nikel, o kobalt.

Sa kabila ng pangkalahatan ay isang mababang tugon ng intensity, sa harap ng isang sapat na matindi na panlabas na magnetic field, ang anumang diamagnetic material, kahit na nabubuhay na organikong bagay, ay may kakayahang makaranas ng isang napaka-kapansin-pansin na kabaligtaran na pang-magnet.

Sa pamamagitan ng pagbuo ng mga magnetic na patlang na kasing lakas ng 16 Tesla (na ang 1 Tesla ay itinuturing na medyo malakas), ang mga mananaliksik sa Nijmegen High Field Magnet Laboratory sa Amsterdam sa Netherlands ay nagawa nang magnetically na mabalisa ang mga strawberry, pizza at frog noong 1990s.

Posible ring mawala ang isang maliit na magnet sa pagitan ng mga daliri ng isang tao, salamat sa diamagnetism at isang sapat na malakas na magnetic field. Sa pamamagitan ng kanyang sarili, ang magnetic field ay nagpapakita ng isang magnetikong puwersa na may kakayahang umakit ng isang maliit na magnet na may puwersa at maaari mong subukang gawin ang puwersang ito upang mabayaran ang timbang, gayunpaman ang maliit na magnet ay hindi mananatiling matatag.

Sa sandaling nakakaranas ito ng kaunting pag-aalis, ang lakas na ipinataw ng malaking magnet ay umaakit nang mabilis. Gayunpaman, kapag ang mga daliri ng tao ay dumating sa pagitan ng mga magnet, ang maliit na magnet ay nagpapatatag at nagpapataw sa pagitan ng hinlalaki at hinlalaki ng tao. Ang mahika ay dahil sa epekto ng repulsion na dulot ng diamagnetism ng mga daliri.

Ano ang pinagmulan ng magnetic na tugon sa bagay?

Ang pinagmulan ng diamagnetism, na siyang pangunahing tugon ng anumang sangkap sa pagkilos ng isang panlabas na larangan ng magnetic, ay namamalagi sa katotohanan na ang mga atom ay binubuo ng mga subatomic na mga particle na may de-koryenteng singil.

Ang mga particle na ito ay hindi static at ang kanilang kilusan ay may pananagutan sa paggawa ng isang magnetic field. Siyempre, ang bagay ay puno ng mga ito, at maaari mong laging asahan ang ilang uri ng magnetic na tugon sa anumang materyal, hindi lamang mga bakal na bakal.

Ang elektron ay pangunahing responsable para sa mga magnetic na katangian ng bagay. Sa isang napaka-simpleng modelo, maipapalagay na ang butil na ito ay nag-o-orbit ng atomic nucleus na may isang pantay na pabilog na galaw. Ito ay sapat na para sa elektron na kumilos tulad ng isang maliit na maliit na loop ng kasalukuyang may kakayahang makabuo ng isang magnetic field.

Ang magnetization mula sa epekto na ito ay tinatawag na orbital magnetization . Ngunit ang elektron ay may isang karagdagang kontribusyon sa magnetism ng atom: ang intrinsic angular momentum.

Ang isang pagkakatulad upang ilarawan ang pinagmulan ng intrinsic angular momentum ay ipagpalagay na ang elektron ay may isang pag-ikot na paggalaw sa paligid ng axis nito, isang pag-aari na tinatawag na paikutin.

Ang pagiging isang kilusan at pagiging isang sisingilin na butil, ang pag-ikot ay nag-aambag din sa tinatawag na spin magnetization .

Ang parehong mga kontribusyon ay nagbibigay ng isang net o resulta magnetization, subalit ang pinakamahalaga ay tiyak na dahil sa pag-ikot. Ang mga proton sa nucleus, sa kabila ng pagkakaroon ng singil ng kuryente at pag-ikot, ay hindi nag-aambag nang malaki sa magnetization ng atom.

Sa mga diamagnetic na materyales ang nagresultang magnetization ay zero, dahil ang mga kontribusyon ng parehong orbital moment at ang mga oras ng pag-ikot ay tinanggal. Ang una dahil sa batas ni Lenz at ang pangalawa, dahil ang mga electron sa orbitals ay itinatag ng mga pares na may kabaligtaran na pag-ikot at ang mga shell ay napuno ng isang kahit na bilang ng mga electron.

Magnetismo sa bagay

Ang diamagnetic na epekto ay lumitaw kapag ang orbital magnetization ay naiimpluwensyahan ng isang panlabas na magnetic field. Ang magnetization na nakuha na ito ay sinasabing M at isang vector.

Hindi alintana kung saan ang patlang ay nakadirekta, ang tugon ng diamagnetic ay palaging mapupukaw salamat sa batas ni Lenz, na nagsasaad na ang sapilitang kasalukuyang sumasalungat sa anumang pagbabago sa magnetic flux sa pamamagitan ng loop.

Ngunit kung ang materyal ay naglalaman ng ilang uri ng permanenteng magnetisasyon, ang tugon ay magiging pang-akit, tulad ng kaso ng paramagnetism at ferromagnetism.

Upang tumyak ng dami ang mga epekto ng inilarawan, isaalang-alang ang isang panlabas na magnetic field H , inilapat sa isang isotropic materyal (pag-aari nito ay pareho sa anumang punto sa espasyo), sa loob kung saan ang isang pagbabalani M originates . Bilang isang resulta, sa loob ng isang magnetic induction nilikha B , bilang isang resulta ng mga pakikipag-ugnayan na nagaganap sa pagitan ng H at M .

Ang lahat ng mga dami na ito ay vector. Ang B at M ay proporsyonal sa H , pagiging ang pagkamatagusin ng materyal na and at ang magnetikong pagkamaramdamang χ, ang magkaparehong proporsyonal na palagian, na nagpapahiwatig kung ano ang partikular na tugon ng sangkap sa panlabas na magnetic na impluwensya:

B = μ H

Ang pang-magnetis ng materyal ay magiging proporsyonal sa H :

M = χ H

Ang mga equation sa itaas ay may bisa sa cgs system. Parehong B at H at M ay may parehong mga sukat, bagaman magkakaibang mga yunit. Para sa B ang mga gaus ay ginagamit sa sistemang ito at para sa H ang oersted ay ginagamit. Ang dahilan para sa paggawa nito ay upang pag-iba-iba ang patlang na inilapat sa labas mula sa bukid na nabuo sa loob ng materyal.

Sa International System, na kung saan ay karaniwang ginagamit, ang unang equation ay tumatagal sa isang medyo kakaibang hitsura:

B = μ _o μ _r H

μ _o ang magnetic pagkamatagusin ng walang laman na puwang na katumbas ng 4π x 10-7 Tm / A (Teslameter / Ampere) at μ _r ay ang kamag-anak na pagkamatagusin ng daluyan na tumutukoy sa vacuum, na walang sukat.

Sa mga tuntunin ng magnetic pagkamaramdam χ, na kung saan ay ang pinaka-angkop na katangian upang mailarawan ang mga diamagnetic na katangian ng isang materyal, ang equation na ito ay nakasulat na tulad nito:

B = (1 + χ) μ _o H

Sa μ _r = 1 + χ

Sa International System B ay dumating sa Tesla (T), habang ang H ay ipinahayag sa Ampere / meter, isang yunit na dating naisip na tawaging Lenz, ngunit hanggang ngayon ay naiwan sa mga tuntunin ng mga pangunahing yunit.

Sa mga materyales na kung saan ang χ ay negatibo, itinuturing silang diamagnetic. At ito ay isang mahusay na parameter upang makilala ang mga sangkap na ito, dahil ang χ sa kanila ay maaaring isaalang-alang ng isang pare-pareho na halaga na independiyenteng temperatura. Hindi ito ang kaso para sa mga materyales na may maraming mga magnetikong tugon.

Karaniwan ang χ ay nasa pagkakasunud-sunod ng -10 ^-6 hanggang -10 ^-5 . Ang mga superconductor ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng χ = -1 at samakatuwid ang panloob na larangan ng magnetic ay ganap na kinansela (Meisner effect).

Ang mga ito ay ang perpektong diamagnetic na materyales, na kung saan ang diamagnetism ay tumitigil sa pagiging isang mahinang tugon, at naging sapat na malakas upang mabawasan ang mga bagay, tulad ng inilarawan sa simula.

Mga aplikasyon: magneto-encephalography at paggamot sa tubig

Ang mga nabubuhay na bagay ay gawa sa tubig at organikong bagay, na ang tugon sa magnetismo ay karaniwang mahina. Gayunpaman, ang diamagnetism, tulad ng sinabi namin, ay isang intrinsic na bahagi ng bagay, kabilang ang mga organikong bagay.

Ang maliit na mga de-koryenteng alon ay kumakalat sa loob ng mga tao at hayop na walang alinlangan na lumikha ng isang magnetic effect. Sa mismong sandaling ito, habang sinusunod ng mambabasa ang mga salitang ito gamit ang kanyang mga mata, ang maliit na mga de-koryenteng alon ay kumakalat sa kanyang utak na nagpapahintulot sa kanya na ma-access at bigyang kahulugan ang impormasyon.

Ang mahina na magnetization na nangyayari sa utak ay nakikita. Ang pamamaraan ay kilala bilang magneto-encephalography, na gumagamit ng mga detektor na tinatawag na SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Device) upang makita ang napakaliit na mga magnetikong larangan, sa pagkakasunud-sunod ng 10 ^-15 T.

Ang mga SQUID ay may kakayahang makahanap ng mga mapagkukunan ng aktibidad ng utak na may mahusay na katumpakan. Ang isang software ay responsable para sa pagkolekta ng data na nakuha at pagbago nito sa isang detalyadong mapa ng aktibidad ng utak.

Ang panlabas na magnetic field ay maaaring makaapekto sa utak sa ilang paraan. Magkano? Ang ilang mga kamakailang pananaliksik ay ipinakita na ang isang medyo matinding magnetic field, sa paligid ng 1 T, ay may kakayahang maapektuhan ang parietal lobe, nakakagambala sa bahagi ng aktibidad ng utak para sa mga maikling sandali.

Ang iba pa, sa kabilang banda, kung saan ang mga boluntaryo ay gumugol ng 40 oras sa loob ng isang pang-akit na gumagawa ng 4 T ng intensity, ay umalis nang hindi nagdurusa ng anumang nakikitang negatibong epekto. Ang University of Ohio ng hindi bababa sa, ay nagpahiwatig na hanggang ngayon walang panganib sa pananatili sa loob ng mga patlang ng 8 T.

Ang ilang mga organismo tulad ng bakterya ay maaaring magsama ng maliit na kristal ng magnetite at gamitin ang mga ito upang i-orient ang kanilang mga sarili sa loob ng magnetic field ng Earth. Natagpuan din ang magneto sa mas kumplikadong mga organismo tulad ng mga bubuyog at ibon, na gagamitin ito para sa parehong layunin.

Mayroon bang magnetic mineral sa katawan ng tao? Oo, ang magnetite ay natagpuan sa utak ng tao, bagaman hindi ito nalalaman para sa kung anong layunin doon. Maaaring isipin ng isa na ito ay isang natanggal na kasanayan.

Tungkol sa paggamot ng tubig, batay ito sa katotohanan na ang mga sediment ay karaniwang diamagnetic na sangkap. Ang mga malakas na magnetic field ay maaaring magamit upang alisin ang mga sediment ng carbonate na carbon, dyipsum, asin at iba pang mga sangkap na nagdudulot ng tigas sa tubig at makaipon sa mga tubo at lalagyan.

Ito ay isang sistema na may maraming mga pakinabang upang mapanatili ang kapaligiran at panatilihin ang mga tubo sa mahusay na pagkakasunud-sunod ng nagtatrabaho nang mahabang panahon at sa mababang gastos.

Mga Sanggunian

1. Eisberg, R. 1978. Physics ng Dami. Limusa. 557 -577.
2. Bata, Hugh. 2016. Ang Pisika ng Unibersidad ng Sears-Zemansky na may Modern Physics. Ika-14 na Ed. 942
3. Zapata, F. (2003). Pag-aaral ng mga mineralogies na nauugnay sa langis ng Guafita 8x na pagmamay-ari ng patlang Guafita (Apure State) gamit ang Mossbauer Magnetic Susceptibility at Spectroscopy na pagsukat. Tesis ng degree. Gitnang Unibersidad ng Venezuela.