PARAMAGNETISME: CAUSES, MATERIALS PARAMAGNÈTICS, EXEMPLES - FÍSICA - 2025

El paramagnetisme és una forma de magnetisme en la qual certs materials són atrets feblement per un camp magnètic extern i formen camps magnètics interns induïts en la direcció de el camp magnètic aplicat.

Contràriament al que sovint pensen moltes persones, les propietats magnètiques no es redueixen només a les substàncies ferromagnètiques. Totes les substàncies tenen propietats magnètiques, encara que sigui d'una forma més feble. A aquestes substàncies se les denomina paramagnètiques i diamagnètiques.

D'aquesta manera, es poden distingir dos tipus de substàncies: les paramagnètiques i les diamagnètiques. En presència d'un camp magnètic, les paramagnètiques són atretes cap a la zona on la intensitat de camp és més gran. En canvi, les diamagnètiques són atretes a la regió de camp en la qual la intensitat és menor.

Quan estan en presència de camps magnètics, els materials paramagnètics experimenten el mateix tipus d'atracció i repulsió que experimenten els imants. No obstant, quan desapareix el camp magnètic l'entropia posa fi a l'alineament magnètic que s'havia induït.

Dit d'una altra manera, els materials paramagnètics són atrets per camps magnètics, encara que no es transformen en materials magnetitzats de forma permanent. Alguns exemples de substàncies paramagnètiques són: l'aire, el magnesi, el platí, l'alumini, el titani, el wolframi i el liti, entre d'altres.

causes

El paramagnetisme es deu al fet que certs materials estan formats per àtoms i molècules que posseeixen moments magnètics permanents (o dipols), tot i que no estan en presència d'un camp magnètic.

Els moments magnètics estan originats pels espins dels electrons desaparellats dels metalls i d'altres materials que tenen propietats paramagnètiques.

En el paramagnetisme pur dels dipols no interactuen entre si, sinó que s'orienten a l'atzar en absència d'un camp magnètic extern com a conseqüència de l'agitació tèrmica. Això genera un moment magnètic nul.

No obstant això, quan s'aplica un camp magnètic, els dipols tendeixen a alinear-se amb el camp aplicat, donant com a resultat un moment magnètic net en l'adreça d'aquest camp i que se suma a el de el camp extern.

En qualsevol cas, l'alineació dels dipols pot ser contrarestada per l'efecte de la temperatura.

D'aquesta manera, quan el material s'escalfa l'agitació tèrmica és capaç de contrarestar l'efecte que té el camp magnètic sobre els dipols i els moments magnètics tornen a orientar-se de forma caòtica, reduint-se la intensitat de camp induït.

Llei de Curie

La llei de Curie va ser elaborada experimentalment pel físic fránces Pierre Curie l'any 1896. Únicament es pot aplicar quan es donen temperatures elevades i la substància paramagnètica està en presència de camps magnètics febles.

Això és així perquè no arriba a descriure el paramagnetisme quan gran part dels moments magnètics es troben alineats.

La llei estableix que la magnetització de l'material paramagnètic és directament proporcional a la intensitat de camp magnètic aplicat. És el que es coneix com a Llei de Curie:

M = X ∙ H = CH / T

En la fórmula anterior M és la magnetització, H és la densitat de flux magnètic de el camp magnètic aplicat, T és la temperatura mesurada en graus Kelvin i C és una constant que és específica de cada material i que s'anomena constant de Curie.

De l'observació de la llei de Curie també es desprèn que la magnetització és inversament proporcional a la temperatura. Per aquesta raó, quan s'escalfa el material dels dipols i els moments magnètics tendeixen a perdre l'orientació adquirida per la presència de el camp magnètic.

materials paramagnètics

Els materials paramagnètics són tots aquells materials amb permeabilitat magnètica (capacitat d'una substància per atreure o fer que el travessi un camp magnètic) similar a la permeabilitat magnètica de l'buit. Aquests materials mostren un nivell de ferromagnetisme menyspreable.

En termes físics, s'afirma que la seva permeabilitat magnètica relativa (quocient entre la permeabilitat de l'material o mitjà i la permeabilitat de l'buit) és aproximadament igual a 1, que és la permeabilitat magnètica de l'buit.

Entre els materials paramagnètics ha un tipus particular de materials que rep el nom superparamagnéticos. Encara que segueixen la Llei de Curie, aquests materials tenen un valor de la constant de Curie força elevat.

Diferències entre paramagnetisme i diamagnetisme

Va ser Michael Faraday qui, al setembre de 1845, es va adonar que en realitat tots els materials (no només els ferromagnètics) reaccionen davant la presència de camps magnètics.

En qualsevol cas, la veritat és que la majoria de les substàncies tenen caràcter diamagnètic, ja que els parells d'electrons aparellats -i, per tant, amb espí oposat- afavoreixen feblement el diamagnetisme. Per contra, únicament quan hi ha electrons desaparellats es produeix diamagnetisme.

Tant els materials paramagnètics com els diamagnéticos tenen una susceptibilitat feble enfront dels camps magnètics, però mentre que en els primers és positiva en els segons és negativa.

Els materials diamagnètics són lleugerament repel·lits per un camp magnètic; en canvi, els paramagnètics són atrets, encara que també amb poca força. En tots dos casos, quan es retira el camp magnètic desapareixen els efectes de la magnetització.

Com ja s'ha dit, la gran majoria dels elements que componen la taula periòdica són diamagnètics. Així, exemples de substàncies diamagnètiques són l'aigua, l'hidrogen, l'heli i l'or.

aplicacions

Atès que els materials paramagnètics tenen un comportament similar a el buit en absència d'un camp magnètic, les seves aplicacions en la indústria són un tant reduïdes.

Una de les aplicacions més interessant de l'paramagnetisme és la Ressonància Paramagnètica Electrònica (RPE), que s'utilitza àmpliament en física, química i arqueologia. Es tracta d'una tècnica d'espectroscòpia amb la qual és possible detectar espècies amb electrons desaparellats.

Aquesta tècnica s'aplica en fermentacions, en la fabricació industrial de polímers, per al desgast d'olis de motor i en la fabricació de cerveses, entre altres àmbits. De la mateixa manera, aquesta tècnica s'utilitza àmpliament en la datació de restes arqueològiques.

referències

1. Paramagnetisme (nd). In Wikipedia. Recuperat el 24 d'abril, 2018, des es.wikipedia.org.
2. Diamagnetisme (nd). In Wikipedia. Recuperat el 24 d'abril, 2018, des es.wikipedia.org.
3. Paramagnetism (nd). In Wikipedia. Recuperat el 24 d'abril, 2018, des en.wikipedia.org.
4. Diamagnetism (nd). In Wikipedia. Recuperat el 24 d'abril, 2018, des en.wikipedia.org.
5. Chang, MC «Diamagnetism and paramagnetism» (PDF). NTNU lecture notes. Recuperat el 25 d'abril, 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnetochemistry. Oxford University Press.