The diamagnetismus Je to jedna z reakcí hmoty na přítomnost vnějšího magnetického pole. Je charakterizován tím, že je opačný nebo opačný k tomuto magnetickému poli a obvykle, pokud nejde o jedinou magnetickou odezvu materiálu, je jeho intenzita ze všech nejslabší..
Když je odpudivý účinek jediný, který materiál prezentuje magnetu, je materiál považován za diamagnetický. Pokud převládají jiné magnetické efekty, bude to považováno za paramagnetické nebo feromagnetické.
Sebald Brugmans je připočítán v roce 1778 s první zmínkou o odpuzování mezi některým z pólů magnetu a kusem materiálu, zvláště patrný u prvků, jako je vizmut a antimon..
Později, v roce 1845, Michael Faraday podrobněji studoval tento efekt a dospěl k závěru, že jde o inherentní vlastnost veškeré hmoty..
Rejstřík článků
Magnetické chování vizmutu a antimonu a dalších látek, jako je zlato, měď, hélium a látek, jako je voda a dřevo, se velmi liší od známé a silné magnetické přitažlivosti, kterou magnety působí na železo, nikl nebo železo..
Přestože je diamagnetický materiál, i když živá organická hmota, schopen čelit dostatečně intenzivnímu vnějšímu magnetickému poli, přesto, že je obecně reakcí s nízkou intenzitou, je schopen zažít velmi pozoruhodnou opačnou magnetizaci..
Generováním magnetických polí tak silných jako 16 Tesla (již 1 Tesla je považována za docela silnou) se vědcům z Nijmegen High Field Magnet Laboratory v Amsterdamu v Nizozemsku podařilo v 90. letech magneticky levitovat jahody, pizzy a žáby..
Je také možné levitovat malý magnet mezi prsty člověka, a to díky diamagnetismu a dostatečně silnému magnetickému poli. Samotné magnetické pole vyvíjí magnetickou sílu schopnou přitahovat malý magnet silou a lze vyzkoušet, že tato síla kompenzuje hmotnost, avšak malý magnet nezůstává příliš stabilní..
Jakmile dojde k minimálnímu posunutí, síla vyvíjená velkým magnetem ji rychle přitáhne. Když se však lidské prsty dostanou mezi magnety, malý magnet se stabilizuje a levituje mezi palcem a ukazováčkem osoby. Kouzlo je způsobeno odpudivým účinkem způsobeným diamagnetismem prstů.
Původ diamagnetismu, který je základní reakcí jakékoli látky na působení vnějšího magnetického pole, spočívá ve skutečnosti, že atomy jsou tvořeny subatomovými částicemi, které mají elektrický náboj..
Tyto částice nejsou statické a jejich pohyb je zodpovědný za vytváření magnetického pole. Samozřejmě je jich plná a vždy můžete očekávat nějakou magnetickou odezvu v jakémkoli materiálu, nejen ve sloučeninách železa..
Elektron je primárně zodpovědný za magnetické vlastnosti hmoty. Ve velmi jednoduchém modelu lze předpokládat, že tato částice obíhá kolem atomového jádra rovnoměrným kruhovým pohybem. To je dost na to, aby se elektron choval jako malá proudová smyčka schopná generovat magnetické pole..
Magnetizace z tohoto efektu se nazývá orbitální magnetizace. Ale elektron má další příspěvek k magnetismu atomu: vnitřní moment hybnosti..
Analogií k popisu původu vnitřního momentu hybnosti je předpokládat, že elektron má kolem své osy rotační pohyb, což je vlastnost zvaná spin..
Jako pohyb a jako nabitá částice přispívá spin také k tzv spinová magnetizace.
Oba příspěvky vedou k čisté nebo výsledné magnetizaci, nejdůležitější je však právě ta kvůli rotaci. Protony v jádře, přestože mají elektrický náboj a spin, významně nepřispívají k magnetizaci atomu..
V diamagnetických materiálech je výsledná magnetizace nulová, protože příspěvky jak orbitálního momentu, tak příspěvku spinového momentu se ruší. První kvůli Lenzovu zákonu a druhé, protože elektrony na orbitálech jsou založeny v párech s opačným spinem a skořápky jsou vyplněny sudým počtem elektronů.
Diamagnetický efekt vzniká, když je orbitální magnetizace ovlivněna vnějším magnetickým polem. Takto získaná magnetizace je označena M a je to vektor.
Bez ohledu na to, kam je pole směrováno, bude diamagnetická odezva vždy odpudivá díky Lenzovu zákonu, který říká, že indukovaný proud je proti jakékoli změně magnetického toku smyčkou..
Pokud však materiál obsahuje určitý druh permanentní magnetizace, bude odezva přitažlivá, jako je tomu v případě paramagnetismu a feromagnetismu..
Chcete-li popsané účinky kvantifikovat, zvažte externí magnetické pole H, aplikován na izotropní materiál (jeho vlastnosti jsou stejné v kterémkoli bodě v prostoru), ve kterém dochází k magnetizaci M. Díky tomu se uvnitř vytváří magnetická indukce B, v důsledku interakce, ke které dochází mezi H Y M.
Všechny tyto veličiny jsou vektorové. B Y M jsou úměrné H, je permeabilita materiálu μ a magnetická susceptibilita χ, příslušné konstanty proporcionality, které označují konkrétní odezvu látky na vnější magnetický vliv:
B = μH
Úměrná bude také magnetizace materiálu H:
M = χH
Výše uvedené rovnice platí v systému cgs. Tak moc B Co H Y M mají stejné rozměry, i když různé jednotky. V následujících situacích B gauss se používá v tomto systému a pro H používá se oersted. Důvodem je odlišení externě aplikovaného pole od pole generovaného uvnitř materiálu..
V mezinárodním systému, který se běžně používá, má první rovnice poněkud odlišný vzhled:
B = μnebo μr H
μnebo je magnetická permeabilita prázdného prostoru, která se rovná 4π x 10-7 T.m / A (Teslameter / Ampér) a μr je relativní propustnost média ve vztahu k vakuu, která je bezrozměrná.
Z hlediska magnetické susceptibility χ, což je nejvhodnější charakteristika pro popis diamagnetických vlastností materiálu, je tato rovnice napsána takto:
B = (1 + χ) μneboH
S μr = 1 + χ
V mezinárodním systému B přichází v Tesle (T), zatímco H Vyjadřuje se v Amperech / metr, což je jednotka, o které se kdysi říkalo, že se jmenuje Lenz, ale dosud byla ponechána z hlediska základních jednotek.
V těch materiálech, kde χ je záporné, jsou považovány za diamagnetické. A je dobrým parametrem pro charakterizaci těchto látek, protože χ v nich lze považovat za konstantní hodnotu nezávislou na teplotě. To neplatí pro materiály, které mají více magnetických odezev..
Obvykle je χ řádově -10-6 do -10-5. Supravodiče se vyznačují tím, že mají χ = -1, a proto je vnitřní magnetické pole zcela zrušeno (Meisnerův efekt).
Jsou to dokonalé diamagnetické materiály, u nichž diamagnetismus přestává být slabou odezvou a je dostatečně silný, aby levitoval objekty, jak bylo popsáno na začátku..
Živé věci jsou vyrobeny z vody a organické hmoty, jejichž reakce na magnetismus je obecně slabá. Avšak diamagnetismus, jak jsme již řekli, je nedílnou součástí hmoty, včetně organické.
Malé elektrické proudy cirkulují uvnitř lidí a zvířat, což nepochybně vytváří magnetický efekt. Právě v tuto chvíli, když čtenář sleduje tato slova očima, cirkulují v jeho mozku malé elektrické proudy, které mu umožňují přístup a interpretaci informací.
Slabá magnetizace, ke které dochází v mozku, je detekovatelná. Tato technika je známá jako magneto-encefalografie, který používá detektory zvané SQUIDs (Supravodivá kvantová interferenční zařízení) k detekci velmi malých magnetických polí, řádově 10-patnáct T.
SQUID jsou schopny lokalizovat zdroje mozkové aktivity s velkou přesností. Software je zodpovědný za sběr získaných dat a jejich transformaci do podrobné mapy mozkové aktivity.
Vnější magnetické pole může nějak ovlivnit mozek. Jak moc? Některé nedávné výzkumy ukázaly, že poměrně intenzivní magnetické pole kolem 1 T je schopné ovlivnit temenní lalok a částečně přerušit mozkovou aktivitu na krátké okamžiky.
Na druhé straně, kde dobrovolníci strávili 40 hodin uvnitř magnetu, který produkuje 4 T intenzity, odešli, aniž by utrpěli pozorovatelné negativní účinky. Přinejmenším University of Ohio uvedla, že zatím neexistuje riziko pobytu v oblastech 8 T.
Některé organismy, jako jsou bakterie, jsou schopné včlenit malé krystaly magnetitu a použít je k orientaci v magnetickém poli Země. Magnetit byl také nalezen ve složitějších organismech, jako jsou včely a ptáci, kteří by jej používali pro stejný účel..
Existují v lidském těle magnetické minerály? Ano, magnetit byl nalezen v lidském mozku, i když není známo, za jakým účelem tam je. Dalo by se spekulovat, že jde o zastaralou dovednost..
Pokud jde o úpravu vody, vychází se ze skutečnosti, že sedimenty jsou v zásadě diamagnetické látky. Silná magnetická pole lze použít k odstranění sedimentů uhličitanu vápenatého, sádry, soli a dalších látek, které způsobují tvrdost vody a hromadí se v potrubích a nádobách..
Jedná se o systém s mnoha výhodami, které šetří životní prostředí a udržují potrubí v dobrém provozním stavu po dlouhou dobu a při nízkých nákladech..
Zatím žádné komentáře