DIAMAGNETISME: BAHAN, APLIKASI, CONTOH - FIZIKAL - 2026

The diamagnet adalah salah satu jawapan yang perkara itu di hadapan medan magnet luar. Ia ditandai dengan berlawanan atau berlawanan dengan medan magnet ini dan biasanya, kecuali ia adalah satu-satunya tindak balas magnetik bahan, intensitasnya adalah yang paling lemah.

Apabila kesan tolakan adalah satu-satunya bahan yang ditunjukkan kepada magnet, bahan tersebut dianggap diamagnetik. Sekiranya kesan magnet lain mendominasi, bergantung pada apa itu, ia akan dianggap paramagnetik atau feromagnetik.

Sekeping bismut, bahan diamagnetik. Sumber: Pixabay.

Sebald Brugmans dikreditkan pada tahun 1778 dengan rujukan pertama untuk penolakan antara salah satu kutub magnet dan sekeping bahan, yang jelas terlihat pada unsur-unsur seperti bismut dan antimoni.

Kemudian, pada tahun 1845 Michael Faraday mengkaji kesan ini dengan lebih dekat dan menyimpulkan bahawa ia adalah hak milik semua perkara.

Bahan diameter dan tindak balasnya

Tingkah laku magnet bismut dan antimoni, dan lain-lain seperti emas, tembaga, helium, dan bahan seperti air dan kayu, sangat berbeza dengan daya tarikan magnet kuat yang terkenal yang digunakan magnet pada besi, nikel, atau kobalt.

Walaupun secara amnya tindak balas intensiti rendah, di hadapan medan magnet luaran yang cukup kuat, sebarang bahan diamagnetik, bahkan bahan organik hidup, mampu mengalami kemagnetan bertentangan yang sangat luar biasa.

Dengan menghasilkan medan magnet sekuat 16 Tesla (sudah 1 Tesla dianggap cukup kuat), para penyelidik di Makmal Magnet Medan Tinggi Nijmegen di Amsterdam di Belanda dapat menggerakkan strawberi, pizza dan katak secara magnetis pada tahun 1990-an.

Anda juga boleh mengangkat magnet kecil di antara jari seseorang, berkat diamagnetisme dan medan magnet yang cukup kuat. Dengan sendirinya, medan magnet menggunakan daya magnet yang mampu menarik magnet kecil dengan kekuatan dan anda boleh mencuba untuk menjadikan daya ini mengimbangi berat, namun magnet kecil tidak tetap stabil.

Sebaik sahaja mengalami anjakan minimum, daya yang diberikan oleh magnet besar menariknya dengan cepat. Walau bagaimanapun, apabila jari manusia berada di antara magnet, magnet kecil stabil dan melayang di antara ibu jari dan jari telunjuk seseorang. Keajaiban itu disebabkan oleh kesan tolakan yang disebabkan oleh diamagnetisme jari.

Apakah asal-usul tindak balas magnetik dalam jirim?

Asal diamagnetisme, yang merupakan tindak balas asas bagi sebarang bahan terhadap tindakan medan magnet luaran, terletak pada fakta bahawa atom terdiri daripada zarah subatom yang mempunyai muatan elektrik.

Zarah-zarah ini tidak statik dan pergerakannya bertanggungjawab untuk menghasilkan medan magnet. Sudah tentu, perkara itu penuh dengan mereka, dan anda selalu dapat mengharapkan semacam tindak balas magnetik dalam bahan apa pun, bukan hanya sebatian besi.

Elektron bertanggungjawab terutamanya untuk sifat magnetik jirim. Dalam model yang sangat sederhana, dapat diasumsikan bahawa zarah ini mengorbit inti atom dengan gerakan bulat yang seragam. Ini cukup bagi elektron untuk bertindak seperti gelung arus kecil yang mampu menghasilkan medan magnet.

Kemagnetan dari kesan ini disebut pemagnetan orbit . Tetapi elektron mempunyai sumbangan tambahan untuk daya tarikan atom: momentum sudut intrinsik.

Analogi untuk menerangkan asal-usul momentum sudut intrinsik adalah mengandaikan bahawa elektron mempunyai gerakan putaran di sekitar paksinya, suatu sifat yang disebut putaran.

Menjadi pergerakan dan menjadi zarah bermuatan, putaran juga menyumbang kepada apa yang disebut pemagnetan putaran .

Kedua-dua sumbangan ini menghasilkan daya tarikan bersih atau hasil, namun yang paling penting adalah tepat kerana putaran. Proton dalam nukleus, walaupun mempunyai muatan elektrik dan putaran, tidak memberikan sumbangan yang signifikan terhadap daya magnet atom.

Dalam bahan diamagnetik magnetisasi yang dihasilkan adalah sifar, kerana sumbangan momen orbit dan momen putaran membatalkan. Yang pertama kerana hukum Lenz dan yang kedua, kerana elektron di orbital didirikan secara berpasangan dengan putaran yang berlawanan dan cangkang diisi dengan bilangan elektron yang sama rata.

Magnetisme dalam jirim

Kesan diamagnetik timbul apabila magnetisasi orbit dipengaruhi oleh medan magnet luaran. Kemagnetan yang diperoleh dilambangkan M dan merupakan vektor.

Tidak kira di mana medan diarahkan, tindak balas diamagnetik akan selalu menjijikkan berkat undang-undang Lenz, yang menyatakan bahawa arus yang diinduksi menentang setiap perubahan dalam fluks magnet melalui gelung.

Tetapi jika bahan tersebut mengandungi semacam magnetisasi kekal, tindak balas akan menjadi daya tarik, seperti halnya paramagnetisme dan ferromagnetisme.

Untuk mengukur kesan yang dijelaskan, pertimbangkan medan magnet luaran H , yang digunakan pada bahan isotropik (sifatnya sama pada setiap titik di ruang), di mana magnetisasi M berasal . Sebagai hasilnya, di dalam sebuah aruhan magnet dicipta B , akibat daripada interaksi yang berlaku antara H dan M .

Semua kuantiti ini adalah vektor. B dan M berkadar dengan H , yang merupakan kebolehtelapan bahan μ dan kerentanan magnetik χ, pemalar berkadar masing-masing, yang menunjukkan apakah tindak balas tertentu bahan tersebut terhadap pengaruh magnet luaran:

B = μ H

Kemagnetan bahan juga sebanding dengan H :

M = χ H

Persamaan di atas berlaku dalam sistem cgs. Kedua-dua B dan H dan M mempunyai dimensi yang sama, walaupun berlainan unit. Untuk B gauss digunakan dalam sistem ini dan untuk H oersted digunakan. Sebab untuk melakukan ini adalah untuk membezakan bidang yang digunakan secara luaran dari bidang yang dihasilkan di dalam bahan.

Dalam Sistem Antarabangsa, yang biasa digunakan, persamaan pertama menggunakan penampilan yang agak berbeza:

B = μ _atau μ _r H

μ _o adalah kebolehtelapan magnetik ruang kosong yang bersamaan dengan 4π x 10-7 Tm / A (Teslameter / Ampere) dan μ _r adalah kebolehtelapan relatif medium berkenaan dengan vakum, yang tidak berdimensi.

Dari segi kerentanan magnetik χ, yang merupakan ciri paling sesuai untuk menggambarkan sifat diamagnetik suatu bahan, persamaan ini ditulis seperti ini:

B = (1 + χ) μ _atau H

Dengan μ _r = 1 + χ

Dalam Sistem Antarabangsa B datang dalam Tesla (T), sementara H dinyatakan dalam Ampere / meter, sebuah unit yang dulunya dianggap disebut Lenz, tetapi yang sampai sekarang telah ditinggalkan dari segi unit asas.

Dalam bahan-bahan di mana χ adalah negatif, bahan tersebut dianggap sebagai diamagnetik. Dan adalah parameter yang baik untuk mencirikan zat-zat ini, kerana χ di dalamnya boleh dianggap sebagai nilai tetap yang tidak bergantung pada suhu. Ini tidak berlaku untuk bahan yang mempunyai tindak balas magnetik yang lebih banyak.

Biasanya χ berada pada urutan -10 ^-6 hingga -10 ^-5 . Superconduktor dicirikan dengan mempunyai χ = -1 dan oleh itu medan magnet dalaman dibatalkan sepenuhnya (kesan Meisner).

Mereka adalah bahan diamagnetik yang sempurna, di mana diamagnetisme berhenti menjadi tindak balas yang lemah, dan menjadi cukup kuat untuk mengangkat objek, seperti yang dijelaskan pada awalnya.

Aplikasi: magneto-ensefalografi dan rawatan air

Makhluk hidup terbuat dari air dan bahan organik, yang tindak balas terhadap daya tarikan biasanya lemah. Walau bagaimanapun, diamagnetisme, seperti yang telah kita katakan, adalah bahagian hakiki, termasuk bahan organik.

Arus elektrik kecil beredar di dalam manusia dan haiwan yang pasti menimbulkan kesan magnet. Pada masa ini, semasa pembaca mengikuti kata-kata ini dengan matanya, arus elektrik kecil beredar di otaknya yang membolehkannya mengakses dan mentafsirkan maklumat.

Kemagnetan lemah yang berlaku di otak dapat dikesan. Teknik ini dikenali sebagai magneto-ensefalografi, yang menggunakan alat pengesan yang disebut SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) untuk mengesan medan magnet yang sangat kecil, pada urutan 10 ^-15 T.

SQUID mampu mencari sumber aktiviti otak dengan tepat. Perisian bertanggungjawab untuk mengumpulkan data yang diperoleh dan mengubahnya menjadi peta terperinci aktiviti otak.

Medan magnet luaran boleh mempengaruhi otak dalam beberapa cara. Berapa banyak? Beberapa penyelidikan baru-baru ini menunjukkan bahawa medan magnet yang cukup kuat, sekitar 1 T, mampu mempengaruhi lobus parietal, mengganggu sebahagian aktiviti otak untuk seketika.

Sebaliknya, yang lain, di mana sukarelawan menghabiskan 40 jam di dalam magnet yang menghasilkan intensiti 4 T, telah pergi tanpa mengalami kesan negatif yang dapat dilihat. Universiti Ohio sekurang-kurangnya, telah menunjukkan bahawa setakat ini tidak ada risiko untuk tinggal dalam bidang 8 T.

Sebilangan organisma seperti bakteria dapat memasukkan kristal magnetit kecil dan menggunakannya untuk mengorientasikan diri dalam medan magnet Bumi. Magnetit juga ditemukan pada organisme yang lebih kompleks seperti lebah dan burung, yang akan menggunakannya untuk tujuan yang sama.

Adakah terdapat mineral magnetik dalam tubuh manusia? Ya, magnetit telah dijumpai di otak manusia, walaupun tidak diketahui untuk tujuan apa itu di sana. Seseorang dapat berspekulasi bahwa ini adalah keterampilan yang tidak digunakan lagi.

Mengenai rawatan air, berdasarkan fakta bahawa sedimen pada dasarnya adalah zat diamagnetik. Medan magnet yang kuat boleh digunakan untuk menghilangkan sedimen kalsium karbonat, gipsum, garam dan bahan lain yang menyebabkan kekerasan di dalam air dan terkumpul di dalam paip dan bekas.

Ini adalah sistem dengan banyak kelebihan untuk memulihara alam sekitar dan menjaga paip dalam keadaan baik untuk waktu yang lama dan dengan kos rendah.

Rujukan

1. Eisberg, R. 1978. Fizik Kuantum. Limusa. 557 -577.
2. Muda, Hugh. 2016. Fizik Universiti Sears-Zemansky dengan Fizik Moden. Ed. 14 Pearson. 942
3. Zapata, F. (2003). Kajian mineralogi yang berkaitan dengan telaga minyak Guafita 8x milik ladang Guafita (Apure State) menggunakan pengukuran Kerentanan Magnetik dan Spektroskopi Mossbauer. Tesis Ijazah. Universiti Pusat Venezuela.