常磁性種はどこにでもあります。適切な設定で、適切に落ち着いた口調で発せられたそのフレーズは、世界中で暴走している奇妙なエイリアンの侵略者のイメージを呼び起こす可能性があります.代わりに、それは、地球上および地球に関する明確に定義された一連の粒子によって共有される特定の品質に関する基本的な声明であり、客観的で簡単に決定される基準を使用して定義されたものです.
あなたは間違いなく人生で磁石を利用したことがあり、ほとんどの場合、自明ではない磁場の中で操作したことがありますが、それを認識していません.特定の物質が永久磁石として機能し、これらの金属自体が明らかに磁石でなくても金属を引き付けることができることを知っているかもしれません.それとも?
たまたま、物理学の世界、特に電磁気学の下位分野には、さまざまな種類の磁気が含まれています。これらの 1 つは 常磁性 です 、常磁性材料は外部から印加された磁場に引き付けられるため、多くの場合、視覚的に簡単に確認できる特性です。しかし、これはどのようにして起こり、磁場の「場」はどこから来るのでしょうか?これらすべてを学ぶチャンスは、あなたを読み続けさせてくれるはずです!
磁性とは
1700 年代後半に、地球の磁場の結果として北を指すコンパスの針が、近くの電流の存在によって偏向する可能性があることが観察されました。
これは、電気と磁気が何らかの形で関連していたという最初の既知の証拠です。実際、移動する電荷 (電流の定義) は、電気回路の形状に依存する「線」を伴う磁場を生成します。
電流が流れるワイヤが特定の種類の金属の周りにコイル状に巻かれたり、複数回巻き付けられたりすると、少なくとも電流が流れている間、これらの金属に磁気特性が誘導される可能性があります。これらのいくつかはスクラップ メタル ヤードのような場所で使用され、自動車全体を持ち上げるのに十分強力です。
電流と磁場の相互作用は、教科書全体を埋める可能性のある主題ですが、今のところ、一部の材料が他の材料とは異なる方法で磁場に反応する理由は、最高位の電子の特性に関係していることを知っておく必要があります。それらの物質の原子の (「最も外側の」) エネルギー殻。
固体の磁化
固体物質が適用された磁場内に置かれた場合、物質内の分子の挙動は物質の状態にある程度依存すると予想される場合があります。つまり、ガス 、かなり自由に動き回る分子と 液体 分子が一緒に残っているが、お互いに自由にスライドできる .
固体の基本的な結晶構造を想像すると (そして、この繰り返しパターンの性質は物質ごとに異なる可能性があります)、原子核が立方体の中心にあり、電子がその間の空間を占め、自由に振動していると想像できます。そして、金属固体の場合、親核に鎖を解かれて自由に歩き回ることができます。
固体の電子が物質を永久磁石にするか、そのような磁石にすることができる場合、その物質は強磁性と呼ばれます (ラテン語の ferrum から 鉄の意味）。鉄に加えて、コバルト、ニッケル、ガドリニウムの元素は強磁性です。
しかし、ほとんどの物質は磁場に対して他の応答を示し、ほとんどの原子を常磁性または反磁性にします。これらの特性は、同じ材料でもさまざまな程度で見られます。また、温度などの要因が、適用された磁場に対する材料の応答に影響を与える可能性があります。
反磁性、常磁性、強磁性の比較
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これは、オフィス パーティーで最も耳にする可能性が高い 3 種類の磁気が互いにどのように作用するかを大まかに示したものです。すでに説明した強磁性は永久磁性の状態ですが、これはどのようにして起こり、代替手段は何ですか?
たまたま、強磁性に代わる 4 つのよく理解された代替手段があります。常磁性は、磁場に引き付けられる特性であり、最新の冷蔵庫を含む幅広い金属に適用されます。反磁性は反対で、磁場によって反発される傾向があります。すべての材料は、ある程度の反磁性を示します。どちらの場合も、重要なことに、フィールドが削除されると、マテリアルは以前の状態に戻ります。
- 大声で言うと、「強磁性」と「常磁性」はよく似ているので、物理研究グループでこれらのトピックについて話し合うときは注意してください。
フェリ磁性 と反強磁性 めったに見られない種類の磁気です。フェリ磁性材料は、強磁性材料とよく似た挙動を示し、ジャコブサイトやマグネタイトが含まれます。ヘマタイトとトロイライトは反強磁性を示す 2 つの化合物で、磁気モーメントは発生しません。
常磁性化合物および原子の特性
常磁性元素と常磁性分子は、不対電子を持つという 1 つの主な特徴を共有しています .これらが多ければ多いほど、原子または分子が常磁性を示す可能性が高くなります。これは、これらの電子が適用された磁場の方向に固定された方法で整列し、各原子または分子の周りに磁気双極子モーメントと呼ばれるものを作成するためです.
電子の「充填」規則に精通している場合は、サブシェル内の軌道がそれぞれ 2 つの電子を保持できること、および s サブシェルには 1 つ、p サブシェルには 3 つ、d サブシェルには 5 つの電子があることを知っています。これにより、各サブシェルで 2、6、および 10 個の電子の容量が可能になりますが、これらの電子は、各軌道が 1 つの電子だけをできるだけ長く保持するようにいっぱいになり、そこにある 1 つの電子が隣の電子に対応する必要があります。
これは、元素の周期表の情報を使用して、材料が常磁性になるかどうかを判断できることを意味します。幸いなことに、弱い常磁性 (不対電子を 1 つ持つ Cl のように) か、強い常磁性 (プラチナのように) になるかを判断できます。 、2 つの不対電子を持っています)。
反磁性および常磁性の原子および分子のリスト
磁気を定量化する 1 つの方法は、磁化率と呼ばれるパラメーターを使用することです。 χm 、適用された磁場に対する材料の応答に関連する無次元の量です。酸化鉄、FeO は 720 という非常に高い値を持っています。
強力な常磁性と見なされる他の材料には、鉄アンモニウム ミョウバン (66)、ウラン (40)、プラチナ (26)、タングステン (6.8)、セシウム (5.1)、アルミニウム (2.2)、リチウム (1.4)、マグネシウム (1.2)、ナトリウム ( 0.72) と酸素ガス (0.19)。
これらの値の範囲は広く、酸素ガスの値は控えめに見えるかもしれませんが、一部の常磁性体は上記の値よりもはるかに小さい値を示します。室温でのほとんどの固体は χm 0.00001 または 1 x 10 未満の値。
ご想像のとおり、材料が反磁性の場合、磁化率は負の値として与えられます。例としては、アンモニア (-.26)、ビスマス (-16.6)、水銀 (-2.9)、ダイヤモンドの炭素 (-2.1) などがあります。
