İçerik
- Diamagnetism, Paramanyetizma ve Ferromanyetizma
- Yörüngeli Elektronlar Manyetik Alan Oluşturuyor
- Elektron Spin Manyetik Özellikleri Etkiler
- Eşlenmemiş Elektronlar Manyetik Özellikleri Verir
- Bazı Metaller Dahil Her Şey Diamagnetic
- Bazı Metaller Paramanyetiktir
- Oksijen Paramanyetiktir ve Bunu Kanıtlayabilirsiniz
- Ferromanyetik Elementler Kalıcı Olarak Mıknatıslanabilir
- Curie Noktası: Mıknatısların Kalıcılığına Sınır
- Manyetit Ferrimagnetic, Ferromanyetik Değil
- Antiferromagnetizm Başka Bir Düzenlenmiş Manyetizma Türüdür
Manyetizma ve elektrik birbirine çok yakın bağlanmış, aynı madalyonun iki yüzü olduğunu düşünebilirsiniz. Bazı metallerin sergilediği manyetik özellikler, metali oluşturan atomlardaki elektrostatik alan koşullarının bir sonucudur.
Aslında, tüm elemanlar manyetik özelliklere sahiptir, ancak çoğu belirgin bir şekilde onları göstermez. Mıknatıslara çekilen metallerin ortak bir özelliği vardır ve dış kabukları içinde eşleştirilmemiş elektronlardır. Bu, manyetizma için sadece bir elektrostatik tarif ve en önemlisi.
Diamagnetism, Paramanyetizma ve Ferromanyetizma
Kalıcı olarak mıknatıslayabileceğiniz metaller olarak bilinir. ferromanyetik metaller ve bu metallerin listesi küçüktür. İsim geliyor Ferrum, demir kelimesi için Latince kelime
Çok daha uzun bir malzeme listesi var. paramanyetikbu, manyetik bir alanın varlığında geçici olarak mıknatıslanır hale gelir. Paramanyetik malzemeler tüm metalleri içermez. Oksijen (O gibi bazı kovalent bileşikler)2bazı iyonik katılar gibi paramanyetizma sergilerler.
Ferromanyetik veya paramanyetik olmayan bütün malzemeler diyamanyetikbu, manyetik alanlara hafif bir itme gösterdikleri anlamına gelir ve sıradan bir mıknatıs onları çekmez. Aslında, tüm elementler ve bileşikler bir dereceye kadar çapagnetic.
Bu üç manyetizma sınıfı arasındaki farkları anlamak için, atom düzeyinde neler olup bittiğine bakmak zorundasınız.
Yörüngeli Elektronlar Manyetik Alan Oluşturuyor
Atomun halihazırda kabul görmüş modelinde, çekirdek pozitif yüklü protonlardan ve doğanın temel kuvvetlerinden biri olan güçlü kuvvetle bir arada tutulan elektriksel olarak nötronlardan oluşur. Negatif yüklü elektron bulutları ayrık enerji seviyelerini işgal eder veya kabuklarını çekirdeği çevreler ve bunlar manyetik nitelikleri ortaya çıkaran şeylerdir.
Bir yörüngeli elektron değişen bir elektrik alanı üretir ve Maxwells denklemlerine göre, bu manyetik alan için bir tariftir. Alanın büyüklüğü, akımla çarpılan yörüngenin içindeki alana eşittir. Bireysel bir elektron küçük bir akım üretir ve elde edilen birimlerle ölçülen ortaya çıkan manyetik alan Bohr manyetonları, ayrıca küçük. Tipik bir atomda, tüm yörünge elektronları tarafından üretilen alanlar genellikle birbirini iptal eder.
Elektron Spin Manyetik Özellikleri Etkiler
Bu sadece yük oluşturan bir elektronun yörüngesel hareketi değil, aynı zamanda çevirmek. Görünüşe göre, dönüş, manyetik özelliklerin belirlenmesinde yörüngesel hareketten çok daha önemlidir, çünkü bir atomdaki genel dönüşün asimetrik olması ve manyetik bir moment yaratma kabiliyeti daha yüksektir.
Bu, sadece kaba bir yaklaşım olmasına rağmen, bir elektronun dönme yönü olarak düşünebilirsiniz. Spin, elektronların kendine özgü bir özelliğidir, bir hareket durumu değil. Saat yönünde dönen bir elektronun iyi tarafından bakmak, veya saat yönünün tersine dönen bir negatif dönüşveya aşağı doğru döndürün.
Eşlenmemiş Elektronlar Manyetik Özellikleri Verir
Elektron dönüşümü, klasik bir benzetme olmadan kuantum mekaniksel bir özelliktir ve elektronların çekirdeğin etrafına yerleştirilmesini belirler. Elektronlar, kendilerini sıfır kabuk oluşturacak şekilde, her bir kabuğun içinde bulunan büküm ve büküm çiftlerinde düzenlerler. manyetik moment.
Manyetik özelliklerin oluşturulmasından sorumlu olan elektronlar en dıştaki olanlardır veya değerlik, atomun kabukları. Genel olarak, atomların dış kabuğundaki eşlenmemiş bir elektronun varlığı net bir manyetik moment yaratır ve manyetik özellikler verir, oysa dış kabukta eşlenmiş elektronlu atomların net yükü yoktur ve diamagnetictir. Bu bir aşırı basitleştirmedir, çünkü değerlik elektronları bazı elementlerde, özellikle demirde (Fe) düşük enerji kabukları işgal edebilir.
Bazı Metaller Dahil Her Şey Diamagnetic
Yörüngeli elektronlar tarafından yaratılan akım ilmekleri her materyali diyagnostik yapar, çünkü bir manyetik alan uygulandığında, akım ilmekleri tüm ona karşıt olarak hizalanır ve alana karşı çıkar. Bu bir uygulama Lenzs YasasıBu uyarılmış bir manyetik alanın kendisini yaratan alana karşı olduğunu belirtir. Eğer elektron dönüşü denklemin içine girmediyse, bu hikayenin sonu olurdu, ama dönüş içine giriyor.
Toplam manyetik moment J bir atomun toplamı yörünge açısal momentumu ve Onun eğri açısal momentum. Ne zaman J = 0, atom manyetik değildir ve ne zaman J≠ 0 ise, atom manyetiktir ve en az bir eşlenmemiş elektron olduğunda meydana gelir.
Sonuç olarak, tamamen dolu orbitalleri olan herhangi bir atom veya bileşik diamagnetic'tir. Helyum ve tüm soygazlar açık örneklerdir, ancak bazı metaller de aynı şekilde diyagnetiktir. İşte birkaç örnek:
Diamagnetism, bir maddede bulunan bazı atomların bir manyetik alan tarafından bir şekilde çekilmesinin, diğerlerinin ise başka bir yöne çekilmesinin net sonucu değildir. Diamagnetic bir malzemedeki her atom diamagnetic'tir ve harici bir manyetik alana aynı zayıf itmeyi yaşar. Bu itme ilginç etkiler yaratabilir. Altın gibi çapsal bir malzemeden bir çubuğu güçlü bir manyetik alanda askıya alırsanız, kendisini alana dik olarak hizalar.
Bazı Metaller Paramanyetiktir
Bir atomun dış kabuğundaki en az bir elektron eşleşmemişse, atomun net bir manyetik momenti vardır ve kendini harici bir manyetik alanla hizalar. Çoğu durumda, alan kaldırıldığında hizalama kaybolur. Bu paramanyetik bir davranıştır ve bileşikler onu elementlerin yanı sıra sergileyebilir.
Daha yaygın olan paramanyetik metallerin bazıları:
Bazı metaller o kadar zayıf paramanyetiktir ki, manyetik alana tepkileri pek fark edilmez. Atomlar manyetik alanla aynı hizadadır, ancak sıradan bir mıknatısın onu çekmeyeceği şekilde hizalama o kadar zayıftır.
Ne kadar uğraşmış olursanız olun, metali kalıcı bir mıknatısla tutamazsınız. Bununla birlikte, yeterince hassas bir aletiniz varsa, metalde üretilen manyetik alanı ölçebilirsiniz. Yeterince güçlü bir manyetik alana yerleştirildiğinde, paramanyetik bir metalin bir çubuğu kendisini alana paralel olarak hizalayacaktır.
Oksijen Paramanyetiktir ve Bunu Kanıtlayabilirsiniz
Manyetik özelliklere sahip bir madde düşündüğünüzde, genellikle bir metal düşünürsünüz, ancak kalsiyum ve oksijen gibi birkaç metal olmayan da paramanyetiktir. Basit bir deneyle kendiniz için oksijenler paramanyetik doğasını gösterebilirsiniz.
Güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasına sıvı oksijen dökün ve oksijen kutuplarda toplanacak ve buharlaşarak bir gaz bulutu üretecektir. Paramanyetik olmayan ve hiçbir şey olmayacak olan sıvı azotla aynı deneyi deneyin.
Ferromanyetik Elementler Kalıcı Olarak Mıknatıslanabilir
Bazı manyetik elemanlar dış alanlara o kadar hassastırlar ki, bunlardan birine maruz kaldıklarında mıknatıslanırlar ve alan çıkarıldığında manyetik özelliklerini korurlar. Bu ferromanyetik elemanlar şunları içerir:
Bu elementler ferromanyetiktir, çünkü tek tek atomların yörünge kabuklarında birden fazla eşlenmemiş elektron bulunur. ama başkaları da oluyor. Bu elementlerin atomları, olarak bilinen grupları oluşturur. etkive bir manyetik alan oluşturduğunuzda, alanlar kendilerini alanla hizalar ve siz alanı çıkardıktan sonra bile hizalar. Bu gecikmeli cevap olarak bilinir. Hısteriz, ve yıllarca sürebilir.
En güçlü kalıcı mıknatıslardan bazıları olarak bilinir. nadir toprak mıknatısları. En yaygın iki tanesi neodim neodim, demir ve bor kombinasyonundan oluşan mıknatıslar ve samaryum kobalt bu iki elementin bir kombinasyonu olan mıknatıslar. Her mıknatıs tipinde, bir ferromanyetik malzeme (demir, kobalt) paramanyetik nadir bir toprak elementi ile takviye edilir.
ferrit demirden yapılmış mıknatıslar ve alnico Alüminyum, nikel ve kobalt kombinasyonundan yapılan mıknatıslar genellikle nadir toprak mıknatıslarından daha zayıftır. Bu, fen deneyleri için kullanımı daha güvenli ve daha uygun hale getirir.
Curie Noktası: Mıknatısların Kalıcılığına Sınır
Her manyetik malzeme, manyetik özelliklerini kaybetmeye başladığı karakteristik bir sıcaklığa sahiptir. Bu bilinen Curie noktasıFransız manyetik fizikçi Pierre Curie'den sonra sıcaklıkla manyetik yeteneği ilişkilendiren yasaları keşfetti. Curie noktasının üstünde, ferromanyetik bir malzemedeki atomlar hizalarını yitirmeye başlar ve malzeme paramanyetik hale gelir veya sıcaklık yeterince yüksekse diamagnetic olur.
Demir için Curie noktası 1418 F (770 C), kobalt için ise en yüksek Curie noktalarından biri olan 2,050 F (1,121 C) değerindedir. Sıcaklık Curie noktasının altına düştüğünde, malzeme ferromanyetik özelliklerini geri kazanır.
Manyetit Ferrimagnetic, Ferromanyetik Değil
Demir cevheri veya demir oksit olarak da bilinen manyetit, Fe formülüne sahip gri-siyah mineraldir.3Ö4 bu çeliğin hammaddesidir. Ferromanyetik bir malzeme gibi davranır, harici bir manyetik alana maruz kaldığında kalıcı olarak mıknatıslanır. Yirminci yüzyılın ortalarına kadar, herkes onun ferromanyetik olduğunu varsaydı, ama gerçekte ferrimagneticve önemli bir fark var.
Manyetitin ferrimagnetizmi, madendeki tüm atomların manyetik momentlerinin toplamı değildir, eğer mineral ferromanyetik olsaydı doğru olurdu. Mineralin kendisinin kristal yapısının bir sonucu.
Manyetit, iki ayrı kafes yapısından oluşur, bir oktahedral biri ve bir tetrahedral biri. İki yapı birbirine zıt fakat eşit olmayan kutuplara sahip ve etki net bir manyetik moment üretmek. Diğer bilinen ferrimagnetic bileşikler arasında itriyum demir granat ve piritit bulunur.
Antiferromagnetizm Başka Bir Düzenlenmiş Manyetizma Türüdür
Belirli bir sıcaklığın altında Néel sıcaklık Fransız fizikçi Louis Néel'den sonra bazı metaller, alaşımlar ve iyonik katılar paramanyetik niteliklerini kaybeder ve dış manyetik alanlara karşı tepkisiz hale gelir. Esasen manyetik olmayan hale geldiler. Bunun nedeni, malzemenin kafes yapısındaki iyonların, yapı boyunca antiparalel düzenlemelerde kendilerini hizalanması, birbirlerini iptal eden karşıt manyetik alanlar yaratmasıdır.
Néel sıcaklıkları -150 C (-240F) derecesinde çok düşük olabilir, bu da bileşiklerin tüm pratik amaçlar için paramanyetik olmasını sağlar. Bununla birlikte, bazı bileşikler oda sıcaklığı aralığında veya üstünde Néel sıcaklıklarına sahiptir.
Çok düşük sıcaklıklarda, antiferromagnetik malzemeler manyetik davranış göstermezler. Sıcaklık arttıkça, atomların bazıları kafes yapısından kurtulur ve kendilerini manyetik alanla hizalar ve malzeme zayıf manyetik hale gelir. Sıcaklık Nel sıcaklığına ulaştığında, bu paramanyetizma doruğa ulaşır, ancak sıcaklık bu noktadan daha yüksek olduğunda, termal çalkalama atomların alanla aynı hizada kalmasını önler ve manyetizma durmadan düşer.
Pek çok element antiferromagnetik değildir - sadece krom ve manganez. Antiferromagnetik bileşikler arasında manganez oksit (MnO), bazı demir oksit formları (Fe2Ö3) ve bizmut ferrit (BiFeO)3).