PARAMAGNETISMUS: URSACHEN, PARAMAGNETISCHE MATERIALIEN, BEISPIELE - KÖRPERLICH - 2025

Der Paramagnetismus ist eine Form des Magnetismus, bei der bestimmte Materialien von einem externen Magnetfeld schwach angezogen werden und interne Magnetfelder bilden, die in Richtung des angelegten Magnetfelds induziert werden.

Im Gegensatz zu dem, was viele Leute oft denken, sind magnetische Eigenschaften nicht nur auf ferromagnetische Substanzen beschränkt. Alle Substanzen haben magnetische Eigenschaften, auch schwächer. Diese Substanzen werden als paramagnetisch und diamagnetisch bezeichnet.

Auf diese Weise können zwei Arten von Substanzen unterschieden werden: paramagnetisch und diamagnetisch. Bei Vorhandensein eines Magnetfelds werden die paramagnetischen in Richtung der Zone angezogen, in der die Feldstärke größer ist. Stattdessen werden Diamagnete von dem Bereich des Feldes angezogen, in dem die Intensität am geringsten ist.

In Gegenwart von Magnetfeldern erfahren paramagnetische Materialien die gleiche Art von Anziehung und Abstoßung wie Magnete. Wenn jedoch das Magnetfeld verschwindet, beendet die Entropie die induzierte magnetische Ausrichtung.

Mit anderen Worten, paramagnetische Materialien werden von Magnetfeldern angezogen, obwohl sie nicht zu permanent magnetisierten Materialien werden. Einige Beispiele für paramagnetische Substanzen sind unter anderem Luft, Magnesium, Platin, Aluminium, Titan, Wolfram und Lithium.

Ursachen

Paramagnetismus beruht auf der Tatsache, dass bestimmte Materialien aus Atomen und Molekülen bestehen, die permanente magnetische Momente (oder Dipole) aufweisen, selbst wenn sie nicht in Gegenwart eines Magnetfelds sind.

Magnetische Momente werden durch die Spins ungepaarter Elektronen in Metallen und anderen Materialien mit paramagnetischen Eigenschaften verursacht.

Beim reinen Paramagnetismus interagieren die Dipole nicht miteinander, sondern orientieren sich in Abwesenheit eines externen Magnetfeldes infolge thermischer Bewegung zufällig. Dies erzeugt ein magnetisches Moment von Null.

Wenn jedoch ein Magnetfeld angelegt wird, neigen die Dipole dazu, sich mit dem angelegten Feld auszurichten, was zu einem magnetischen Nettomoment in Richtung dieses Feldes führt und zu dem des externen Feldes addiert.

In jedem Fall kann der Ausrichtung der Dipole durch den Einfluss der Temperatur entgegengewirkt werden.

Auf diese Weise kann die thermische Bewegung beim Erhitzen des Materials der Wirkung des Magnetfelds auf die Dipole entgegenwirken, und die magnetischen Momente orientieren sich chaotisch neu, wodurch die Intensität des induzierten Feldes verringert wird.

Curies Gesetz

Das Curie-Gesetz wurde 1896 vom französischen Physiker Pierre Curie experimentell entwickelt. Es kann nur angewendet werden, wenn hohe Temperaturen vorliegen und die paramagnetische Substanz in Gegenwart schwacher Magnetfelder vorliegt.

Dies liegt daran, dass der Paramagnetismus nicht beschrieben werden kann, wenn ein großer Teil der magnetischen Momente ausgerichtet ist.

Das Gesetz besagt, dass die Magnetisierung des paramagnetischen Materials direkt proportional zur Intensität des angelegten Magnetfelds ist. Es ist das sogenannte Curie-Gesetz:

M = X ≤ H = CH / T.

In der obigen Formel ist M die Magnetisierung, H ist die magnetische Flussdichte des angelegten Magnetfelds, T ist die in Grad Kelvin gemessene Temperatur und C ist eine Konstante, die für jedes Material spezifisch ist und als Curie-Konstante bezeichnet wird.

Die Einhaltung des Curie-Gesetzes zeigt auch, dass die Magnetisierung umgekehrt proportional zur Temperatur ist. Aus diesem Grund neigen die Dipole und die magnetischen Momente beim Erhitzen des Materials dazu, die durch das Vorhandensein des Magnetfelds erhaltene Orientierung zu verlieren.

Paramagnetische Materialien

Paramagnetische Materialien sind alle Materialien mit magnetischer Permeabilität (Fähigkeit einer Substanz, ein Magnetfeld anzuziehen oder durchzulassen), ähnlich der magnetischen Permeabilität eines Vakuums. Solche Materialien zeigen einen vernachlässigbaren Grad an Ferromagnetismus.

In physikalischer Hinsicht wird angegeben, dass seine relative magnetische Permeabilität (Quotient zwischen der Permeabilität des Materials oder Mediums und der Permeabilität eines Vakuums) ungefähr gleich 1 ist, was die magnetische Permeabilität eines Vakuums ist.

Unter den paramagnetischen Materialien gibt es eine bestimmte Art von Materialien, die als superparamagnetisch bezeichnet wird. Obwohl sie dem Curie-Gesetz folgen, haben diese Materialien einen ziemlich hohen Wert der Curie-Konstante.

Unterschiede zwischen Paramagnetismus und Diamagnetismus

Es war Michael Faraday, der im September 1845 erkannte, dass in Wirklichkeit alle Materialien (nicht nur ferromagnetische) auf das Vorhandensein von Magnetfeldern reagieren.

In jedem Fall ist die Wahrheit, dass die meisten Substanzen einen diamagnetischen Charakter haben, da die Paare gepaarter Elektronen - und daher mit entgegengesetztem Spin - den Diamagnetismus schwach begünstigen. Im Gegenteil, nur wenn ungepaarte Elektronen vorhanden sind, tritt Diamagnetismus auf.

Sowohl paramagnetische als auch diamagnetische Materialien haben eine schwache Anfälligkeit für Magnetfelder, während sie im ersteren positiv sind, im letzteren negativ.

Diamagnetische Materialien werden durch ein Magnetfeld leicht abgestoßen; Andererseits werden Paramagnete angezogen, wenn auch mit geringer Kraft. In beiden Fällen verschwinden die Auswirkungen der Magnetisierung, wenn das Magnetfeld entfernt wird.

Wie bereits erwähnt, ist die überwiegende Mehrheit der Elemente, aus denen das Periodensystem besteht, diamagnetisch. Beispiele für diamagnetische Substanzen sind Wasser, Wasserstoff, Helium und Gold.

Anwendungen

Da paramagnetische Materialien in Abwesenheit eines Magnetfelds ein ähnliches Verhalten wie Vakuum aufweisen, sind ihre Anwendungen in der Industrie etwas begrenzt.

Eine der interessantesten Anwendungen des Paramagnetismus ist die elektronische paramagnetische Resonanz (RPE), die in der Physik, Chemie und Archäologie weit verbreitet ist. Es ist eine Spektroskopietechnik, mit der Spezies mit ungepaarten Elektronen nachgewiesen werden können.

Diese Technik wird unter anderem bei Fermentationen, bei der industriellen Herstellung von Polymeren, beim Tragen von Motorenölen und bei der Herstellung von Bieren angewendet. In ähnlicher Weise wird diese Technik häufig bei der Datierung archäologischer Überreste verwendet.

Verweise

1. Paramagnetismus (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 24. April 2018 von es.wikipedia.org.
2. Diamagnetismus (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 24. April 2018 von es.wikipedia.org.
3. Paramagnetismus (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 24. April 2018 von en.wikipedia.org.
4. Diamagnetismus (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 24. April 2018 von en.wikipedia.org.
5. Chang, MC "Diamagnetismus und Paramagnetismus" (PDF). NTNU Vorlesungsunterlagen. Abgerufen am 25. April 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnetochemistry. Oxford University Press.