16. Diamagnetyki, paramagnetyki i ferromagnetyki

Wprowadzenie

Materiały różnią się reakcją na zewnętrzne pole magnetyczne. Wyróżnia się trzy podstawowe typy magnetycznego zachowania materiałów:

diamagnetyki,

paramagnetyki,

ferromagnetyki.

Diamagnetyki

Materiały, które słabo odpychają pole magnetyczne.

Powstaje w nich słabe pole magnetyczne przeciwnie skierowane do pola zewnętrznego.

Mechanizm: orbitalne ruchy elektronów powodują powstanie prądów indukowanych, które zgodnie z prawem Lenza tworzą pole przeciwdziałające zmianie pola.

Właściwości:

słaba ujemna podatność magnetyczna (),

brak trwałego namagnesowania po usunięciu pola zewnętrznego.

Przykłady: miedź, srebro, złoto, woda, większość związków organicznych.

Paramagnetyki

Materiały, które słabo przyciągają pole magnetyczne.

Powstaje w nich pole magnetyczne zgodne z polem zewnętrznym, ale efekt jest niewielki.

Mechanizm: obecność niesparowanych elektronów (momentów magnetycznych atomów), które w polu zewnętrznym częściowo się uporządkowują.

Właściwości:

dodatnia, ale mała podatność magnetyczna (),

brak trwałego namagnesowania po usunięciu pola.

Przykłady: aluminium, platyna, tlen w stanie ciekłym, sód.

Ferromagnetyki

Materiały, które silnie przyciągają pole magnetyczne i mogą zachować namagnesowanie po usunięciu pola zewnętrznego (remanencja).

Mechanizm: silne oddziaływania wymuszają spontaniczne uporządkowanie momentów magnetycznych w obszarach zwanych domenami magnetycznymi.

Właściwości:

bardzo duża dodatnia podatność magnetyczna,

histereza magnetyczna — pamięć magnetyczna,

trwałe namagnesowanie.

Przykłady: żelazo, nikiel, kobalt oraz ich stopy.

Porównanie właściwości

Cecha	Diamagnetyki	Paramagnetyki	Ferromagnetyki
Podatność magnetyczna	Ujemna (mała)	Dodatnia (mała)	Dodatnia (duża)
Reakcja na pole magnetyczne	Odpychanie	Słabe przyciąganie	Silne przyciąganie i trwałość
Namagnesowanie po usunięciu pola	Brak	Brak	Tak (remanencja)
Mechanizm	Prądy indukowane orbitalne	Uporządkowanie momentów magnetycznych	Domeny magnetyczne
Przykłady	Miedź, złoto, woda	Aluminium, platyna	Żelazo, nikiel, kobalt

Zastosowania

Diamagnetyki — materiały izolujące magnetycznie,

Paramagnetyki — detektory pola magnetycznego, chłodzenie magnetyczne,

Ferromagnetyki — magnesy trwałe, pamięci magnetyczne, silniki elektryczne.

Podsumowanie

Materiały różnią się reakcją na pole magnetyczne ze względu na budowę elektronową i oddziaływania wewnętrzne,

Diamagnetyki i paramagnetyki wykazują słabe i nietrwałe efekty,

Ferromagnetyki posiadają silne i trwałe właściwości magnetyczne.