Tabla de Contenidos
Paramagnetisme adalah sifat dari beberapa bahan di mana, ketika dikenai medan magnet, gaya dihasilkan, yang menghilang ketika medan dihilangkan. Sebelum menjelaskan paramagnetisme, mari kita lihat dulu beberapa ide tentang magnetisme dan medan magnet.
Magnetisme dan medan magnet
Magnetisme adalah salah satu dari tiga interaksi materi yang direnungkan oleh fisika klasik, yaitu fisika Newton, bersama dengan gaya tarik gravitasi dan interaksi listrik. Di masa lalu telah diamati bahwa bahan-bahan tertentu menarik besi, dan di Yunani kuno istilah “magnetik” berasal, terkait dengan mineral besi dengan sifat feromagnetik. Kemudian aplikasi dasar magnet ditemukan di Cina, kompas, yang menyelaraskan jarum magnet di medan magnet bumi yang memungkinkan orientasi di lingkungan geografis apa pun. Kemagnetan dan kelistrikan saling berhubungan, seperti yang pertama kali diperlihatkan oleh Hans Christian Oersted pada tahun 1820 ketika dia mengamati bahwa arus listrik menghasilkan gaya magnet. Muatan listrik yang bergerak menghasilkan medan magnet, sedangkan medan magnet yang bergerak menghasilkan arus listrik. Pernyataan terakhir ini adalah prinsip pengoperasian generator listrik, yaitu dengan memutar medan magnet dengan motor menghasilkan arus listrik. Hubungan antara muatan listrik yang bergerak dan medan magnet ini sangat penting untuk memahami perilaku bahan magnetik dan paramagnetisme.
Elektron adalah muatan listrik negatif, dan bergerak dalam atom menghasilkan medan magnet; ini adalah asal dari sifat magnetik bahan. Elektron dan pergerakannyalah yang menghasilkan magnetisme material. Medan magnet dipahami sebagai distribusi gaya pada setiap titik di sekitar sumber medan , yang akan memiliki besaran , arah dan arah .; Gambar presentasi artikel menunjukkan medan magnet dari batang magnet, dengan dua kutub tarik-menariknya. Elektron dan gerakannya menghasilkan medan magnet dalam dua cara, terkait dengan jenis gerakan yang mereka kembangkan dalam atom: gerakan orbit di sekitar nukleus dan rotasi pada dirinya sendiri, putarannya. Yang terakhir, momen magnet spin, adalah yang paling penting karena besarnya. Momen magnetik atom adalah jumlah momen magnetik elektron. Elektron menempati orbital atom berpasangan, dengan putaran berlawanan arah; momen magnetik spin pasangan elektron dalam orbital yang sama akan menjadi nol. karena mereka membatalkan ketika mereka memiliki arah yang berlawanan. Oleh karena itu, hanya atom dengan orbital yang tidak lengkap, yang hanya memiliki satu elektron, mereka akan memiliki momen magnetik bersih, dan intensitasnya akan bergantung pada jumlah orbital dengan hanya satu elektron. Besi, misalnya, memiliki 26 elektron dan 4 3 orbital.d ditempati oleh satu elektron; Cobalt, dengan 27 elektron, memiliki 3 orbital 3d yang ditempati oleh satu elektron.
Bahan feromagnetik dan ferrimagnetik
Dalam suatu material, momen magnet atom tidak teratur, mengikuti arah yang berbeda. Ketika semua momen magnetik atomik suatu material diatur dalam arah yang sama dan dalam arti yang sama, mereka bertambah dan menghasilkan magnetisasi material. Dalam hal ini kami memiliki bahan feromagnetik, yang memiliki medan magnet permanen. Urutan momen magnet atom ini dihasilkan secara spontan dalam beberapa bahan, tetapi tidak hanya bergantung pada unsurnya, tetapi juga pada bagaimana ia disusun secara mikroskopis, dan khususnya pada struktur kristal. Bahan yang menghasilkan magnetisasi permanen spontan dapat disusun dari sektor mikroskopis dengan arah magnetisasi yang berbeda, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Pada kasus ini,
Besi (Fe), kobalt dan nikel adalah beberapa unsur yang membentuk struktur kristal sebagai unsur atau sebagai bagian dari molekul, merupakan bahan feromagnetik. Senyawa feromagnetik yang terbuat dari besi adalah oksida besi diferik, Fe 3 O 4 , yang disebut magnetit, yang memunculkan istilah magnet.
Cara lain orientasi momen magnet atom dalam suatu material dapat berada dalam arah yang sama tetapi berlawanan arah dalam garis bolak-balik, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Karena besarnya momen magnet berbeda untuk setiap arah, perakitan memiliki magnetisasi bersih. Bahan-bahan ini disebut ferrimagnetik dan, seperti feromagnetik, bersifat magnet permanen. Ferit adalah bahan ferrimagnetik yang paling luas. Ferit adalah sekelompok senyawa besi yang dipadukan dengan barium, seng, kobalt, strontium, mangan, molibdenum atau nikel, yang membentuk struktur kristal kubik terpusat. Pentingnya mereka terletak pada fakta bahwa mereka adalah bahan dengan magnetisasi permanen tetapi mereka bukan konduktor listrik, dan mereka memiliki sifat mekanik yang sangat baik. Aplikasinya berkisar dari magnet di lemari es hingga tinta di printer laser. Mereka membentuk inti memori komputer awal, dan dalam bentuk bubuk mereka digunakan dalam kaset dan pita perekam data, dalam cat, dan dalam banyak aplikasi lainnya.
bahan paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan yang momen magnet atomnya teratur dalam medan magnet, dan karena itu akan tunduk pada gaya ketika ditempatkan di medan magnet, tetapi ketika medan magnet luar berhenti, momen magnet atomnya kembali menjadi tidak teratur dan tidak teratur. tidak mempertahankan magnetisasi. Beberapa contoh bahan paramagnetik adalah oksida besi (FeO) dan kompleks logam transisi: kromium, tembaga, mangan, skandium, titanium, dan vanadium. Tetapi semua bahan feromagnetik dan ferrimagnetik menjadi paramagnetik ketika dipanaskan di atas temperatur tertentu, yang disebut temperatur Curie (Tc ) . Misalnya, suhu Curie besi adalah 770 o C, suhu kobalt adalah 1127 o C.C dan magnetit 585 o C.
Dalam bahan paramagnetik, suhu mempengaruhi gaya magnet yang dihasilkan dalam bahan ketika medan magnet eksternal diterapkan, karena ketika suhu meningkat, urutan momen magnet atom berkurang. Hal ini dinyatakan dalam hukum Curie. oleh ekspresi berikut:
χ = C/T
di mana χ adalah kerentanan magnetik, T adalah suhu absolut (dalam Kelvin) dan C adalah parameter yang bergantung pada bahan, konstanta Curie.
Magnetisasi M dari bahan paramagnetik juga bergantung pada intensitas medan magnet luar H. Ekspresi magnetisasinya adalah:
M = χH = (C/T)H
Ungkapan ini berlaku untuk suhu tinggi dan untuk medan magnet luar yang lemah; namun, ia kehilangan validitasnya ketika semua momen magnetik atom hampir selaras sepenuhnya. Pada titik itu, meskipun medan magnet luar dinaikkan atau suhu diturunkan, tidak akan ada pengaruh pada magnetisasi bahan, karena tidak akan ada perubahan urutan momen magnet atom. Ini adalah titik jenuh magnetik .
Gagasan kejenuhan diamati dengan jelas dalam perluasan hukum Curie ke bahan feromagnetik dalam apa yang disebut hukum Curie-Weiss, memperkenalkan suhu Curie T c yang kita lihat sebelumnya:
χ = C/(TT c )
Ungkapan ini masuk akal hanya untuk nilai suhu yang lebih besar dari suhu Curie, situasi di mana material berperilaku paramagnetik; untuk nilai suhu kurang dari atau sama dengan suhu Curie, bahannya bersifat feromagnetik dan magnetisasinya mengambil nilai semaksimal mungkin.
Sumber
Amikam Aharoni. Pengantar teori feromagnetisme . Edisi kedua. Oxford University Press, 2000.
Rolf E. Hummel. Properti Elektronik Bahan . Springer, 2011.
WKH Panofski dan M. Philips. Listrik dan magnet klasik . New York: Dover, 2005.
Dasar-dasar kursus bahan, UPV. https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm10/trb10_2.html
