Materiais de diamagnetismo, aplicações, exemplos

Ele Diamagnetismo É uma das respostas que a matéria tem antes da presença de um campo magnético externo. É caracterizado por ser contrário ou oposto a esse campo magnético e geralmente, a menos que seja a única resposta magnética do material, sua intensidade é a mais fraca de todos.

Quando o efeito repulsivo é o único que um material apresenta diante de um ímã, o material é considerado diamagnético. Se outros efeitos magnéticos predominarem, dependendo do que é isso, será considerado paramagnético ou ferromagnético.

Um pedaço de bismuto, material diamagnético. Fonte: Pixabay.

Brugmans é atribuído a Sebald em 1778 a primeira referência à repulsão entre qualquer um dos pólos de um ímã e um pedaço de material, particularmente evidente em elementos como bismuto e antimônio.

Mais tarde, em 1845, Michael Faraday estudou esse efeito com mais cuidado e concluiu que era uma propriedade inerente de todo o assunto.

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Materiais diamagnéticos e sua resposta

O comportamento magnético do bismuto e antimônio, e outros como ouro, cobre, hélio e substâncias como água e madeira, diferem muito da atração magnética bem conhecida e poderosa que os ímãs exercem em ferro, níquel ou cobalto.

Apesar de ser uma resposta de baixa intensidade, antes de um campo magnético externo intenso o suficiente, qualquer material diamagnético, até a matéria orgânica viva, é capaz de experimentar uma magnetização oposta muito notável.

Gerando campos magnéticos tão intensos quanto 16 tesla (já um dos 1 Tesla é considerado bastante intenso), Nijmegen High Campo Magnet Laboratory Pesquisadores de Amsterdã em Nether.

Também é possível levitar um pequeno ímã entre os dedos de uma pessoa, graças ao diamagnetismo e um campo magnético intenso o suficiente. Por si só, o campo magnético exerce uma força magnética capaz de atrair um pequeno ímã e pode tentar que essa força compense o peso, no entanto, o ímã pequeno não permanece muito estável para ser dito.

Assim que você experimentar um deslocamento mínimo, a força exercida pelo grande ímã o atrai rapidamente. No entanto, quando os dedos humanos ficam entre os ímãs, o pequeno ímã se estabiliza e levita entre o polegar e o índice da pessoa. A magia é devido à repulsão causada por diamagnetismo dos dedos.

Qual é a origem da resposta magnética no assunto?

A origem do diamagnetismo, que é a resposta fundamental de qualquer substância à ação de um campo magnético externo, reside no fato de que os átomos são formados por partículas subatômicas que têm carga elétrica.

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Essas partículas não são estáticas e seu movimento é responsável pela produção de campo magnético. Obviamente, a matéria está cheia deles e algum tipo de resposta magnética sempre pode ser esperada em qualquer material, não apenas de compostos de ferro.

O elétron é o principal responsável pelas propriedades magnéticas do assunto. Em um modelo muito simples, pode -se supor que essa partícula orbita no núcleo atômico com um movimento circular uniforme. Isso é suficiente para o elétron se comportar como um pequeno spira de corrente capaz de gerar campo magnético.

A magnetização desse efeito é chamada Magnetização orbital. Mas o elétron tem uma contribuição adicional para o magnetismo do átomo: o momento angular intrínseco.

Uma analogia para descrever a origem do momento angular intrínseco é assumir que o elétron tem um movimento de rotação em torno de seu eixo, propriedade chamada Espín.

Sendo um movimento e por ser uma partícula carregada, a rotação também contribui com a chamada Magnetização de rotação.

Ambas as contribuições dão origem à magnetização líquida ou resultante, no entanto, a mais importante é precisamente o que é devido ao spin. Protons no núcleo, embora tenham carga elétrica e rotação, não contribuem significativamente para a magnetização do átomo.

Em materiais diamagnéticos, a magnetização resultante é nula, pois as contribuições do momento orbital e de rotação. O primeiro por causa da lei de Lenz e a segunda, porque os elétrons nos orbitais são estabelecidos em casais de spin opostos e as camadas são preenchidas com alguns elétrons.

Magnetismo no assunto

O efeito diamagnético surge quando a magnetização orbital recebe a influência de um campo magnético externo. A magnetização assim obtida é denotada M E é um vetor.

Independentemente de onde o campo é direcionado, a resposta diamagnética sempre será repulsiva graças à lei de Lenz, que afirma que a corrente induzida se opõe a qualquer mudança no fluxo magnético que atravessa a SPASE.

Mas se o material contiver algum tipo de magnetização permanente, a resposta será a atração, esse é o caso do paramagnetismo e ferromagnetismo.

Para quantificar os efeitos descritos, vamos considerar um campo magnético externo H, Aplicado a um material isotrópico (suas propriedades são as mesmas em qualquer ponto do espaço), dentro do qual se origina uma magnetização M. Graças a isso, uma indução magnética é criada dentro B, como resultado da interação que ocorre entre H e M.

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Todas essas quantidades são vetoriais. B e M Eles são proporcionais a H, Sendo a permeabilidade do material μ e a suscetibilidade magnética χ, as respectivas constantes de proporcionalidade, que indicam qual é a resposta particular da substância à influência magnética externa:

B = μH

A magnetização do material também será proporcional a H:

M = χH

As equações acima são válidas no sistema CGS. Muito B como H e M Eles têm as mesmas dimensões, embora unidades diferentes. Para B Gauss é usado neste sistema e para H O Oersted é usado. A razão para isso é diferenciar o campo externamente do campo que é gerado dentro do material.

No sistema internacional, que é comumente usado, a primeira equação adquire uma aparência um tanto diferente:

B = μ_qualquer μ_r H

μ_qualquer É a permeabilidade magnética do espaço vazio equivalente a 4π x 10-7 t.m/a (tesla- metro/ampere) e μ_r É a permeabilidade relativa do meio em referência a um vácuo, que é sem dimensão.

Em termos de suscetibilidade magnética χ, que é a característica mais apropriada para descrever as propriedades diamagnéticas de um material, essa equação é escrita assim:

B = (1 + χ) μ_qualquerH

Com μ_r = 1 + χ

No sistema internacional B vem em tesla (t), enquanto H É expresso em Ampere/Metro, uma unidade que se pensava que era considerado uma vez que chamou Lenz, mas até agora foi deixado em termos das unidades fundamentais.

Nos materiais em que χ é negativo, eles são considerados diamagnéticos. E é um bom parâmetro caracterizar essas substâncias, pois χ nelas pode ser considerado um valor constante e independente da temperatura. Isso não está nos materiais que têm mais respostas magnéticas.

Normalmente χ é da ordem de -10^-6 A -10^-5. Os supercondutores são caracterizados por ter χ = -1 e, portanto, o campo magnético interno é completamente cancelado (efeito Meisner).

Eles são os materiais diamagnéticos perfeitos, nos quais o diamagnetismo deixa de ser uma resposta fraca e se torna intensa o suficiente para levitar objetos, conforme descrito no começo.

APLICAÇÕES: MAGNETO-ENFEFALOGRAFIA E TRATAMENTO DE ÁGUA

Os seres vivos são feitos de água e matéria orgânica, cuja resposta ao magnetismo é geralmente fraca. No entanto, o diamagnetismo, como dissemos, é uma parte intrínseca da matéria, incluindo orgânicos.

No interior de humanos e animais, pequenas correntes elétricas circulam que, sem dúvida, criam efeito magnético. Nesse mesmo momento, enquanto o leitor segue essas palavras, pequenas correntes elétricas circulam em seu cérebro que lhe permitem acessar e interpretar as informações.

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A magnetização fraca que ocorre no cérebro é detectável. A técnica é conhecida como Magneto-encefalografia, que usa detectores chamados squids (Dispositivos de interferência quântica supercondutores) Para detectar campos magnéticos muito pequenos, da ordem de 10^-quinze T.

Squids são capazes de localizar fontes de atividade cerebral com enorme precisão. Um software é responsável por coletar os dados obtidos e transformá -los em um mapa detalhado da atividade cerebral.

Campos magnéticos externos podem afetar o cérebro de alguma forma. Que tanto? Algumas investigações recentes mostraram que um campo magnético bastante intenso, de cerca de 1 t é capaz de afetar o lobo parietal, interrompendo em parte da atividade cerebral por breves momentos.

Outros, por outro lado, nos quais os voluntários passaram 40 horas dentro de um ímã que produz 4 t de intensidade, foram embora sem sofrer efeitos negativos observáveis. A Universidade de Ohio, pelo menos, indicou que até agora não há risco de permanecer dentro de 8 campos T.

Alguns organismos como bactérias são capazes de incorporar pequenos cristais de magnetita e usá -los para orientar dentro do campo magnético da Terra. A magnetita também foi encontrada em organismos mais complexos, como abelhas e pássaros, que o usariam com o mesmo propósito.

Existem minerais magnéticos no organismo humano? Sim, a magnetita foi encontrada no cérebro humano, embora seja desconhecido com que propósito está lá.  Pode -se especular que é uma habilidade de desuso.

Quanto ao tratamento da água, baseia -se no fato de que os sedimentos são basicamente substâncias diamagnéticas. É possível usar campos magnéticos intensos e, assim.

É um sistema com muitas vantagens conservar o meio ambiente e manter os tubos em boas condições por um longo tempo e a baixo custo.

Referências

1. Eisberg, r. 1978.  Física quântica. Limusa. 557 -577.
2. Jovem, Hugh. 2016. Física da Universidade de Sears-Zansky com Física Moderna. 14ª ed. Pearson. 942
3. Zapata, f. (2003). Estudo de mineralogias associadas ao poço de petróleo de Guafita 8x pertencente ao Guafita Campo (Estado de apure) através de medições de suscetibilidade magnética e Mossbauer. Tese de diploma. Universidade Central da Venezuela.