Forskjellen mellom diamagnetisme, paramagnetisme og ferromagnetisme

Hovedforskjell - Diamagnetisme, Paramagnetisme og Ferromagnetisme

Diamagnetisme, paramagnetisme og ferromagnetisme refererer til hvordan forskjellige materialer reagerer på magnetfelt. De hovedforskjell mellom diamagnetisme, paramagnetisme og ferromagnetisme er det diamagnetism refererer til en type magnetisme som former i motsetning til et eksternt magnetfelt og forsvinner når det eksterne feltet er fjernet; paramagnetisme refererer til en type magnetisme som danner langs retningen av et eksternt magnetfelt og forsvinner når det eksterne magnetfeltet fjernes; ferromagnetism refererer til en type magnetisme i materialer som danner langs retningen av det ytre magnetfeltet og kan forbli når det eksterne magnetfeltet fjernes.

Magnetismens opprinnelse

I kvantemekanikk har elektroner vinkel momenta. Den "vinkelmoment" som refereres til her er en kvantemekanisk egenskap, men det kan anses å være analog med vinkelmomentet i klassisk fysikk, der gjenstander har vinkelmoment hvis de er i rotasjonsbevegelse. 

Elektroner har to typer vinkelmoment: spin vinkel momenta og orbital vinkel momenta. Spin vinkel momentum er en egenkapital av elektroner, som deres ladning eller masse. Orbital vinkel momentum er en egenskap som elektroner har når de er i atomer. Det er en magnetisk øyeblikk forbundet med hvert av disse vinkelmomenter. Det magnetiske øyeblikket er en egenskap som forårsaker at elektroner opplever en kraft når de plasseres i et magnetfelt. 

Det magnetiske øyeblikket () på grunn av spinnvinkelmomentet () er gitt av:

hvor  og  er ladningen og massen av et elektron henholdsvis.

På samme måte er det magnetiske øyeblikket () på grunn av orbital vinkelmoment () er gitt av:

Hva er Diamagnetism

Alle materialer er diamagnetiske. Diamagnetisme er den svakeste av de tre forskjellige typer magnetisme. Derfor, hvis et materiale er paramagnetisk eller ferromagnetisk, blir dets diamagnetiske effekter maskert av disse andre to typer magnetisme. I diamagnetiske materialer blir magnetiske øyeblikk av hver enkelt elektron i materialet kansellert. Når et diamagnetisk materiale er plassert under et magnetfelt, produserer materialet et magnetfelt som motsetter det ytre magnetfeltet. Som et resultat blir materialet avstøt av det ytre feltet. For eksempel viser figuren nedenfor en levende frosk som har blitt laget for å levitate ved hjelp av et sterkt magnetfelt. Her viser froskens kropp diamagnetisme:

På grunn av diamagnetisme produserer frosken et magnetfelt som får det til å avstøte det ytre magnetfeltet. Derfor "flyter".

Hva er Paramagnetism

I materialer hvis atomer har uparrede elektroner, kan de magnetiske øyeblikkene til individuelle elektroner ikke helt avbryte, og atomerene er igjen med et resulterende magnetisk øyeblikk. Imidlertid er de magnetiske øyeblikkene av atomer justert i tilfeldige retninger, slik at materialet som helhet ikke viser magnetisme. Hvis imidlertid et slikt materiale er plassert i et eksternt magnetfelt, kan de magnetiske øyeblikkene for individuelle atomer deretter justere seg med det ytre magnetfelt, og forårsake at materialet blir magnetisert. Magnetfeltet produsert av paramagnetiske materialer peker i samme retning som det ytre magnetfeltet. Materialet viser kun magnetisme så lenge det er inne i et eksternt magnetfelt. Hvis det eksterne magnetfeltet er slått av, mister materialet sin magnetisering. Paramagnetiske materialer inkluderer flytende oksygen og visse metaller. Videoen nedenfor viser den paramagnetiske egenskapen til flytende oksygen:

Hva er ferromagnetisme

Atomer som utgjør ferromagnetiske materialer har uparvede elektroner i deres atomer, slik at hvert atom har et magnetisk magnetmoment. De magnetiske øyeblikkene i nærliggende atomer har en tendens til å bli justert, og skaper forskjellige regioner (kalt domener) i materialet, der magnetiske øyeblikk på grunn av individuelle atomer er justert. Imidlertid kan forskjellige domener fortsatt ha sine magnetiske øyeblikk som peker i forskjellige retninger. Når et ferromagnetisk materiale er plassert inne i et eksternt magnetfelt, stemmer de forskjellige domenene inne i magnetfeltene alle sammen med det eksterne magnetfeltet.

Hvordan magnetiske øyeblikkene i forskjellige magnetiske domener justeres med et eksternt magnetfelt, da den eksterne magnetiske feltstyrken økes.

Selv om det eksterne magnetfeltet er fjernet, kan materialet beholde sin magnetisering. Ferromagnetiske materialer inkluderer jern, kobolt, nikkel og legeringer.

Forskjellen mellom diamagnetisme, paramagnetisme og ferromagnetisme

Magnetiske øyeblikk av individuelle atomer

I diamagnetic materialer, har de enkelte atomene ikke et magnetisk øyeblikk.

I paramagnetisk og ferromagnetisk Materialer, hvert atom har sitt eget magnetiske øyeblikk.

Oppførsel i eksterne magnetfelt

diamagnetic materialer justerer deres magnetfelt i motsatt retning til de eksterne magnetfeltene.

Paramagnetisk og ferromagnetisk materialer justerer deres magnetfelt i samme retning som de eksterne magnetfeltene.

Retensjon av magnetisme

diamagnetic og paramagnetisk Materialer mister sin magnetisering når det eksterne magnetfeltet er fjernet.

ferromagnetisk Materialer kan beholde magnetiseringen selv når det eksterne magnetfeltet er fjernet.

Bilde Courtesy

"En levende frosk levitates inne i Ø32mm vertikalbore av en bitter solenoid i et magnetfelt på ca 16 tesla ved Nijmegen High Field Magnet Laboratory" av Lijnis Nelemans (engelsk Wikipedia) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

"Esquema de dominios magnéticos de un ferromagneto alineándose con un campo creciente ..." av 4lex på spansk Wikipedia (Overført fra es.wikipedia til Commons) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons