что такое парамагнитные материалы
Парамагнетики
Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы 
.
Термин «Парамагнетизм» ввёл в 1845 году Майкл Фарадей, который разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диа- и парамагнитные.
Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.
К парамагнетикам относятся алюминий (Al), платина (Pt), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород (О2), оксид азота (NO), оксид марганца (MnO), хлорное железо (FeCl3) и др.
Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).
Литература
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Парамагнетики» в других словарях:
Парамагнетики — мн. Слабомагнитные тела, к которым относятся некоторые газы и металлы. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
ПАРАМАГНЕТИКИ — в ва, намагничивающиеся во внеш. магн. поле по направлению поля. Это св во в в наз. пара магнетизмом. В неоднородном магн. поле П. втягиваются в область сильного магн. поля. Их магн. восприимчивость c всегда положительна. Парамагнетизм характерен … Химическая энциклопедия
парамагнетики — ів, мн. (одн. парамагне/тик, а, ч.), фіз. Слабомагнітні тіла, для яких властивий парамагнетизм … Український тлумачний словник
Парамагнетизм — Парамагнетики вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ>1. Термин… … Википедия
Парамагнетик — Парамагнетики вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ>1. Термин… … Википедия
МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА — Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных принципов физики удалось лишь сравнительно недавно. Существуют магниты двух разных… … Энциклопедия Кольера
Антиферромагнетизм — (от Анти. и Ферромагнетизм) одно из магнитных состояний вещества, отличающееся тем, что элементарные (атомные) магнитики соседних частиц вещества ориентированы навстречу друг другу (антипараллельно), и поэтому намагниченность тела в… … Большая советская энциклопедия
Магнитная восприимчивость — физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе. Объёмная М. в. равна отношению намагниченности единицы объёма вещества J к напряжённости Н… … Большая советская энциклопедия
ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… … Физическая энциклопедия
МИНЕРАЛ — (от позднелат. minera руда), прир. твердое тело с характерными хим. составом, кристаллич. структурой и св вами. Образуется в результате физ. и хим. процессов (экзогенных, эндогенных и метаморфических; см. Полезные ископаемые )в глубинах и на пов… … Химическая энциклопедия
Парамагнетики
Из Википедии — свободной энциклопедии
Термин «парамагнетизм» ввёл в 1848 году Майкл Фарадей, который разделил все вещества на ферромагнитные, диамагнитные, парамагнитные, сперомагнитные (асперомагнетики) и ферримагнитные (миктомагнетики).
Молекулы парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.
К парамагнетикам относятся алюминий ( Al <\displaystyle <\ce 
), платина ( Pt <\displaystyle <\ce ), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород ( O 2 <\displaystyle <\ce ), оксид азота ( NO <\displaystyle <\ce ), оксид марганца ( MnO <\displaystyle <\ce ), хлорное железо ( FeCl 3 <\displaystyle <\ce ) и другие.
Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).
Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики
Все вещества в зависимости от выраженности магнитных свойств делятся на сильномагнитные и слабомагнитные. Магнетики можно разделить по видам механизма, вызывающего намагничивание.
Что такое диамагнетики
Диамагнетики являются слабомагнитными веществами: они не магнитятся, если на них не действует магнитное поле.
Если парамагнетики внести во внешнее магнитное поле, то в их атомах начинается движение электронов, порождающее ориентированный круговой ток.
Круговой ток, в свою очередь, порождает магнитную индукцию, дополнительную по отношению к внешним полям. Вектор этой индукции направлен против внешнего поля. Силу воздействия внешнего поля можно найти так:
Диамагнетики бывают следующих видов:
Ниже представлена схема, которая наглядно показывает данную зависимость в случае с классическими диамагнетиками (в слабом магнитном поле):
Что такое парамагнетики
Если направления векторов B → и p m → совпадут, то величина энергии будет минимальной.
Если мы внесем парамагнетик во внешнее магнитное поле, то магнитные моменты получат преимущественную ориентацию в направлении поля, соответствующую распределению Больцмана.
Иными словами, вещество намагничивается: дополнительное поле усиливается за счет совпадения с внешним. При этом угол между векторами остается неизменным.
Смена ориентации магнитных моментов по распределению Больцмана связана со столкновениями и взаимодействием атомов между собой. В отличие от диамагнетиков, магнитная восприимчивость парамагнетиков меняется в зависимости от температуры в соответствии с законом Кюри или законом Кюри-Вейсса.
При совпадении частоты прецессии с частотой переменного магнитного поля момент сил, создаваемый этим полем, будет либо постоянно увеличивать указанный угол, либо постоянно уменьшать. Это называется явлением парамагнитного резонанса.
Если магнитное поле слабое, то намагниченность в парамагнетиках будет пропорциональна напряженности поля и может быть выражена следующей формулой:
Что такое ферромагнетики
В отличие от двух перечисленных выше магнетиков, ферромагнетики являются сильномагнитными веществами.
Ферромагнетики – это вещества с высокой магнитной проницаемостью, зависящей от внешнего магнитного поля.
Данные вещества могут иметь так называемую остаточную намагниченность. Выразить зависимость восприимчивости ферромагнетиков от напряженности внешнего магнитного поля можно с помощью функции. Она представлена на схеме ниже:
Намагниченность ферромагнетика имеет пределы насыщения. Это указывает нам на природу возникновения намагниченности в таких веществах: она образуется путем смены ориентации магнитных моментов вещества. Для ферромагнетиков также характерно такое явление, как гистерезис.
В магнитном отношении все ферромагнетики делят на мягкие и жесткие. Первые из них имеют высокую магнитную проницаемость и способны легко намагничиваться и размагничиваться. Они имеют широкое применение в электротехнических приборах, основанных на работе переменных полей (например, трансформаторов). Жесткие ферромагнетики имеют сравнительно небольшую проницаемость и намагничиваются трудно. Их используют при производстве постоянных магнитов.
Условие: на схеме выше (рис. 3 ) показана кривая намагниченности ферромагнетика. Постройте кривую, выражающую зависимость B ( H ) и определите, возможно ли насыщение для магнитной индукции. Поясните свой вывод.
Мы знаем отношение вектора магнитной индукции к вектору намагниченности.
Из этого можно сделать вывод, что насыщения кривая B ( H ) иметь не может. Создадим график зависимости напряженности внешнего поля от индукции магнитного поля в соответствии с рисунком выше. Мы получили схему, называемую кривой намагничивания:
Ответ: кривая индукции не имеет насыщения.
Взяв высокие температуры и небольшие поля, получим следующее:
Возьмем нужную формулу и подставим в нее полученное значение:
В итоге формула намагниченности будет выглядеть так:
Поскольку модуль намагниченности связан с модулем вектора ( J = χ H ), мы можем записать результат:
Определение парамагнетиков: характеристики, примеры
Что такое парамагнетики
Парамагнетиками называют вещества, способные намагничиваться под действием внешнего магнитного поля в его направлении и обладающие положительной магнитной восприимчивостью, которая значительно меньше единицы.
Определение «Парамагнетизм» было введено в 1848 году Майклом Фарадеем. Ученый выполнил разделение всех веществ на несколько классов, включая парамагнетики.
Парамагнетики относят к слабомагнитным веществам. Они характеризуются собственными магнитными моментами. Если на парамагнетик действует внешнее магнитное поле, магнитные моменты ориентируются по его направлению и создают результирующее поле, превосходящее внешнее. Таким образом, вещества входят в магнитное поле. В случае, когда внешнее магнитное поле отсутствует, и парамагнетик не намагничен, благодаря тепловому движению наблюдается произвольная ориентация собственных магнитных моментов атомов вещества.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Основные свойства
Выделение парамагнетиков в отдельную категорию произошло благодаря их особенным физико-химическим характеристикам. Основными свойствами веществ являются:
Отличие от ферромагнетиков, диамагнетиков
Все парамагнетики обладают собственными магнитными моментами. Данное свойство отличает их от диамагнетиков. Под воздействием высоких температур магнитные моменты начинают вращательные движения в произвольных направлениях. Если парамагнетик окружает среда с низкой температурой, магнитные моменты атомов останавливаются, что служит причиной образования структуры этих моментов в кристалле. Наиболее простым вариантом такого положения является ситуация, когда моменты выстраиваются параллельно, относительно друг друга, и ориентированы в одном направлении. Это является примером ферромагнитной структуры.
Если парамагнетик определенного типа способен под воздействием низкой температуры создавать магнитные структуры, то такое вещество называется ферромагнетиком. Поэтому ферромагнетики можно определить, как те же парамагнетики, но с моментами атомов, направленных в одну сторону.
Виды парамагнетиков
Парамагнетики широко распространены. Вещества, обладающие соответствующими свойствами, могут несколько отличаться по характеру поведения в магнитном поле. Выделяют следующие виды парамагнетиков:
Парамагнитные металлы отличаются от других парамагнетических веществ отсутствием взаимосвязи между магнитной восприимчивостью моментов атома и температурным режимом. Такие вещества относятся к слабомагнитным.
Изменение парамагнетиков во внешнем магнитном поле
Наличие парамагнитного резонанса характерно для парамагнетических веществ. Опытным путем можно наблюдать при помещении парамагнетика во внешнее магнитное поле создание дополнительного магнитного поля, вектор индукции в котором перпендикулярен вектору постоянного поля. Если дополнительное поле взаимодействует с магнитным моментом атома вещества, это приводит к образованию момента сил. Парамагнитный резонанс определяется силой магнитного поля. Если оно слабое, то напряженность поля будет пропорциональна намагниченности парамагнетических веществ.
Примеры веществ парамагнетиков
Ферромагнитные и антиферромагнитные вещества могут преобразоваться в парамагнетические материалы. При этом температура должна быть больше, чем температура Кюри или Нееля, при которой наблюдается фазовый переход в парамагнитное состояние. Примеры парамагнетиков:
Где применяются в повседневной жизни
Парамагнетики представляют собой постоянные магниты. Вещества такого типа характеризуются широкими сферами применения в технике и быту. Магниты нередко используются для изготовления разнообразных электрических приборов и оборудования.
СОДЕРЖАНИЕ
Связь со спинами электронов
Делокализация
| Материал | Магнитная восприимчивость, [10 −5 ] χ v <\ displaystyle \ chi _ |
|---|
Эффект всегда конкурирует с диамагнитным откликом противоположного знака из-за всех остовных электронов атомов. Более сильные формы магнетизма обычно требуют локализованных, а не странствующих электронов. Однако в некоторых случаях может возникнуть зонная структура, в которой есть две делокализованные подзоны с состояниями противоположных спинов, которые имеют разные энергии. Если одна подзона заполнена предпочтительно по сравнению с другой, в одной может быть коллективный ферромагнитный порядок. Такая ситуация обычно возникает только в относительно узких (d-) полосах, которые плохо делокализованы.
s- и p-электроны
Как правило, сильная делокализация в твердом теле из-за большого перекрытия с соседними волновыми функциями означает, что будет большая скорость Ферми ; это означает, что количество электронов в полосе менее чувствительно к сдвигу энергии этой полосы, что подразумевает слабый магнетизм. Вот почему металлы s- и p-типа обычно либо парамагнитны Паули, либо, как в случае золота, даже диамагнитны. В последнем случае диамагнитный вклад внутренних электронов замкнутой оболочки просто побеждает слабый парамагнитный член почти свободных электронов.
d и f электроны
Молекулярная локализация
Теория
Теорема Бора – Ван Левена доказывает, что в чисто классической системе не может быть диамагнетизма или парамагнетизма. Парамагнитный отклик имеет два возможных квантовых источника: либо постоянные магнитные моменты ионов, либо пространственное движение электронов проводимости внутри материала. Оба описания приведены ниже.
Закон Кюри
Для парамагнитного иона с невзаимодействующими магнитными моментами с угловым моментом J постоянная Кюри связана с магнитными моментами отдельных ионов,
а восприимчивость дается выражением
Парамагнетизм Паули
Для низких температур по отношению к температуре Ферми (около 10 4 Кельвина для металлов) плотность электронов ( ), направленных параллельно (антипараллельно) магнитному полю, может быть записана как: Т F <\ displaystyle T _ <\ rm п ↑ <\ displaystyle n _ <\ uparrow>> п ↓ <\ displaystyle n _ <\ downarrow>>
В этом приближении намагниченность задается как магнитный момент одного электрона, умноженный на разницу плотностей:
что дает положительную парамагнитную восприимчивость независимо от температуры:
Примеры парамагнетиков
Материалы, которые называют «парамагнетиками», чаще всего проявляют, по крайней мере, в значительном диапазоне температур, магнитную восприимчивость, соответствующую законам Кюри или Кюри-Вейсса. В принципе, любую систему, содержащую атомы, ионы или молекулы с неспаренными спинами, можно назвать парамагнетиком, но взаимодействия между ними необходимо тщательно учитывать.
Системы с минимальным взаимодействием
В газе атомов лития уже есть два спаренных остовных электрона, которые вызывают диамагнитный отклик противоположного знака. Строго говоря, Li является смешанной системой, хотя, по общему признанию, диамагнитная составляющая слабая, и ею часто пренебрегают. В случае более тяжелых элементов диамагнитный вклад становится более важным, а в случае металлического золота он доминирует над свойствами. Элемент водород практически никогда не называют «парамагнитным», потому что одноатомный газ стабилен только при чрезвычайно высокой температуре; Атомы H объединяются, образуя молекулярный H 2, и при этом магнитные моменты теряются ( гасятся ) из-за пары спинов. Следовательно, водород диамагнитен, и то же самое верно для многих других элементов. Хотя электронная конфигурация отдельных атомов (и ионов) большинства элементов содержит неспаренные спины, они не обязательно являются парамагнитными, потому что тушение при температуре окружающей среды является скорее правилом, чем исключением. Тенденция к гашению наиболее слабая для f-электронов, потому что f (особенно 4 f ) орбитали сжаты в радиальном направлении и лишь слабо перекрываются с орбиталями на соседних атомах. Следовательно, элементы лантаноидов с неполностью заполненными 4f-орбиталями являются парамагнитными или магнитоупорядоченными.
Таким образом, парамагнетики конденсированной фазы возможны только в том случае, если взаимодействия спинов, которые приводят либо к тушению, либо к упорядочению, сдерживаются структурной изоляцией магнитных центров. Это справедливо для двух классов материалов:
Системы с взаимодействиями
Как указано выше, многие материалы, содержащие d- или f-элементы, действительно сохраняют незажженные спины. Соли таких элементов часто проявляют парамагнитное поведение, но при достаточно низких температурах магнитные моменты могут упорядочиваться. Нередко такие материалы называют парамагнетиками, имея в виду их парамагнитное поведение выше точек Кюри или Нееля, особенно если такие температуры очень низкие или никогда не измерялись должным образом. Даже для железа нередко можно сказать, что железо становится парамагнетиком выше своей относительно высокой точки Кюри. В этом случае точка Кюри рассматривается как фазовый переход между ферромагнетиком и «парамагнетиком». Слово парамагнетик теперь просто относится к линейному отклику системы на приложенное поле, температурная зависимость которого требует исправленной версии закона Кюри, известного как закон Кюри – Вейсса :
Этот измененный закон включает член θ, который описывает обменное взаимодействие, которое присутствует, хотя и преодолевается тепловым движением. Знак θ зависит от того, доминируют ли ферро- или антиферромагнитные взаимодействия, и редко бывает точно равен нулю, за исключением редких, единичных случаев, упомянутых выше.
Очевидно, что парамагнитное описание Кюри – Вейсса выше T N или T C является довольно иной интерпретацией слова «парамагнетик», поскольку оно не подразумевает отсутствие взаимодействий, а скорее то, что магнитная структура случайна в отсутствии внешнего поля. при этих достаточно высоких температурах. Даже если θ близко к нулю, это не означает, что взаимодействий нет, просто выравнивающие ферро- и антиферромагнитные анти-юстирующие антиферромагнетики отменяются. Дополнительная сложность заключается в том, что взаимодействия часто различны в разных направлениях кристаллической решетки ( анизотропия ), что приводит к сложным магнитным структурам после упорядочения.