تعريف البارا مغناطيسية
تشير البارامغناطيسية إلى خاصية بعض المواد التي تنجذب بشكل ضعيف إلى المجالات المغناطيسية ، عند التعرض لمجال مغناطيسي خارجي ، تتشكل الحقول المغناطيسية المستحثة الداخلية في هذه المواد مرتبة في نفس اتجاه المجال المطبق ، بمجرد إزالة الحقل المطبق ، تفقد المواد مغناطيسيتها حيث تقوم الحركة الحرارية بتعشيق اتجاهات دوران الإلكترون.
المغناطيسات الفائقة هي المواد التي تُظهر استجابة مغناطيسية صافية ، لكنها تعرض ترتيبًا مغناطيسيًا مغناطيسيًا أو مغناطيسيًا مغناطيسيًا على المستوى المجهري ، تلتزم هذه المواد بقانون كوري ، لكنها تحتوي على ثوابت كوري كبيرة جدًا ، الموائع الحديدية هي مثال للمغناطيسات الفائقة ، تُعرف المغناطيسات الفائقة الصلبة أيضًا باسم المغناطيس الميكانيكي ، سبيكة AuFe (الذهب والحديد) هي مثال على المغناطيس الميكانيكي ، وتتجمد العناقيد الممغنطة المغناطيسية في السبيكة تحت درجة حرارة معينة.
أمثلة على البارا مغناطيسية
تظهر بعض المركبات ومعظم العناصر الكيميائية تشبه المغناطيسية في ظروف معينة، ومع ذلك، فإن البارامغناطيسات الحقيقية تعرض حساسية مغناطيسية وفقًا لقانون كوري أو كوري-فايس، وتظهر البارامغناطيسات في نطاق واسع من درجات الحرارة، وتشمل الأمثلة على البارامغناطيسات؛
- معقد التنسيق الميوغلوبين
- والمركبات المعدنية الانتقالية
- وأكسيد الحديد (FeO)
- والأكسجين (O2)
- التيتانيوم والألومنيوم هما عنصران معدنيان ذات مغناطيسية متوازية.
كيف تعمل البارا مغناطيسية
تتولد البارامغناطيسية من وجود إلكترون واحد على الأقل غير مقترن في ذرات أو جزيئات المادة. بمعنى آخر، أي مادة تحتوي على ذرات ذات مدارات ذرية غير مكتملة تكون مغناطيسية. تعطي دورانات الإلكترونات غير المقترنة عزما مغناطيسيا ثنائي القطب. في الأساس، يعمل كل إلكترون غير مقترن كمغناطيس صغير داخل المادة. عند تعرض المادة لمجال مغناطيسي خارجي، تتوافق دورانات الإلكترونات مع الاتجاه المغناطيسي للمجال. ونظرا لترتيب جميع الإلكترونات غير المقترنة بنفس الطريقة، تجذب المادة نحو المجال. وعندما يتم إزالة المجال الخارجي، تعود الدورانات إلى اتجاهاتها العشوائية.
- تتبع المغنطة تقريبا قانون كوري، والذي ينص على أن القابلية المغناطيسية تتناسب عكسيا مع درجة الحرارة: M = χH = CH /.
تُعبر المعادلة عن العلاقة بين المغناطة M والقابلية المغناطيسية χ والمجال المغناطيسي المساعد H ودرجة الحرارة المطلقة T (بالكلفن) وثابت كوري C الخاص بالمادة.
خواص المواد البارامغناطيسية
- تتناسب المواد البارامغناطيسية بشكل عكسي مع درجة الحرارة المطلقة، مما يعني أن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى فقدان قوتها المغناطيسية.
- عند خفض درجة الحرارة، يحدث التشبع عندما تتزامن ثنائيات الأقطاب الذريةمع المجال المغناطيسي الخارجي عند درجة حرارة 100 درجة، ويُطلق عليها اسم حالة التشبع، ويحدث ذلك بعد أن يصبح قانون كوري غير صالح.
- يتم تطبيق البارامغناطيسية باستخدام السوائل والمواد الصلبة والغازات.
- المواد التي تظهر بارامغناطيسية هي المواد المغناطيسية، ومع ذلك، فإن البارامغناطيسية الحقيقية تشير إلى تلك المواد التي تظهر حساسية مغناطيسية وفقًا لقانون كوري، وتظهر البارامغناطيسية بغض النظر عن درجة الحرارة.
- إذا كان عزم القطب المغناطيسي للمواد البارامغناطيسية صغيراً ومتوازياً مع المجال المغناطيسي.
العزم المغناطيسي
تعد الحديد والنيكل والكوبالت والجادولينيوم المواد الحديدية المغناطيسية القليلة الموجودة في الطبيعة، وهذا يعني أنها تظهر استجابة قوية للمجال المغناطيسي من خلال التحامها به. ومع ذلك، تتفاعل جميع المواد بشكل ما مع المجالات المغناطيسية، على الرغم من أن هذا التفاعل قد يكون ضعيفا لدرجة أنه غير ملحوظ للعين البشرية.
قد يكون من الصعب فهم هذه القوى على المستوى الذري لأن الإلكترونات – الجسيمات ذات الشحنة السالبة – الموجودة في الذرات تتفاعل مع المجال المغناطيسي الخارجي، وتتجه نحو اتجاه واحد أو الاتجاه المعاكس، مما يؤدي إلى العزم المغناطيسي، وإذا كنت تسأل عن كيفية التحقق مما إذا كان العنصر مغناطيسيا ناميا أم مغناطيسيا بارا، فيمكن الاستناد إلى العزم.
أنواع المغناطيسية
يمكن تصنيف المواد المغناطيسية إلى أربع فئات: المغناطيسية الحديدية، والبارا-المغناطيسية، والدايا-المغناطيسية، والمغناطيسية المضادة، وأقوى أشكال المغناطيسية هي المغناطيسية الحديدية.
- تتمتع المواد المغناطيسية الحديدية بجاذبية مغناطيسية قوية بما يكفي للاحساس بها، وقد تبقى المواد المغناطيسية الحديدية ممغنطة بمرور الوقت.
- على النقيض من المغناطيسية الحديدية ، فإن قوى البارامغناطيسية ، والمغناطيسية المزدوجة ، والمغناطيسية المضادة ضعيفة ، في المغناطيسية المضادة ، تتحاذى اللحظات المغناطيسية للجزيئات أو الذرات في نمط يشير فيه الإلكترون المجاور إلى اتجاهين متعاكسين ، لكن الترتيب المغناطيسي يتلاشى فوق درجة حرارة معينة.
- تنجذب المواد البارامغناطيسية بشكل ضعيف إلى المجال المغناطيسي، وتصبح المواد المضادة للمغناطيسية المزدوجة فوق درجة حرارة معينة.
- تقاوم المواد الدايا المغناطيسية بشدة من خلال المجالات المغناطيسية، وتتمتع جميع المواد بنفاذية مغناطيسية، ولكن لا يمكن وصف المادة عادة بأنها مغناطيسية إلا إذا كانت الأشكال الأخرى للمغناطيسية مفقودة، ويعتبر البزموت والأنتيمون أمثلة على المغناطيسات.
الدايامغناطيسية
هي ظاهرة مغناطيسية أخرى ، تستجيب الإلكترونات الموجودة داخل مادة ما للمجال المغناطيسي الخارجي عن طريق الدوران بشكل أسرع بشكل أساسي ، كل هذا الدوران يولد قوى مغناطيسية تقاوم المجال الخارجي ، ونظرًا لأن جميع الذرات تمتلك إلكترونات ، فإن جميع المواد نفاذية مغناطيسية إلى حد ما ، ولكن إذا كانت موجودة ، فإن القوى الأقوى للمغناطيسية أو المغناطيسية الحديدية سوف تطغى بسهولة على النفاذية المغناطيسية.
ومع ذلك ، فإن النفاذية المغناطيسية “الدايا مغناطيسية” لبعض المواد محجوبة إما عن طريق جاذبية مغناطيسية ضعيفة (البارامغناطيسية) أو جاذبية قوية جدًا (المغناطيسية الحديدية) ، يمكن ملاحظة نفاذية المغناطيسية في المواد ذات البنية الإلكترونية المتماثلة (مثل البلورات الأيونية والغازات النادرة) ولا توجد لحظة مغناطيسية دائمة ، لا تتأثر نفاذية المغناطيسية بالتغيرات في درجة الحرارة ، بالنسبة للمواد غير المغنطيسية ، تكون قيمة القابلية للتأثر (مقياس للمقدار النسبي للمغناطيسية المستحثة) سالبة دائمًا وتقترب عادةً من سالب واحد على مليون.
باختصار، النفاذية المغناطيسية هي خاصية للمواد التي ليس لها عزم مغناطيسي ذري جوهري، ولكنها تصد المجال المغناطيسي بشكل ضعيف عند وضعها في مجال مغناطيسي، مما يسبب حساسية مغناطيسية سلبية صغيرة، ومن الأمثلة على هذه المواد الماء والنحاس والنيتروجين وكبريتات الباريوم ومعظم الأنسجة.