พาราแมกเนติกและไดอะแมกเนติก

หากต้องการทราบว่าองค์ประกอบนั้นเป็นพาราแมกเนติกหรือไดอะแมกเนติก จำเป็นต้องเข้าใจว่าพฤติกรรมเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรและคืออะไร ในการเริ่มต้น คุณควรรู้ว่าวัสดุทั้งหมดมีปฏิกิริยาบางอย่างกับสนามแม่เหล็ก นั่นคือวัสดุทั้งหมดมีโมเมนต์แม่เหล็ก โมเมนต์แม่เหล็กวัดความแรงและทิศทางของแม่เหล็กของธาตุ ดังนั้นจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์ นั่นคือ มีขนาดและทิศทาง ในทางกลับกัน อำนาจแม่เหล็กคือแรงที่เกิดจากแม่เหล็กเมื่อพวกมันดึงดูดหรือผลักกัน

ตอนนี้สสารทั้งหมดประกอบด้วยหน่วยเล็ก ๆ ที่เรียกว่าอะตอม อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า อิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสของอะตอมเหมือนยอด กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนไหวนี้ทำให้อิเล็กตรอนแต่ละตัวทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก ดังนั้นจึงเป็นอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสาร

ความเป็นแม่เหล็กของสารสามารถถูกทำให้ไร้ผลได้ เนื่องจากสารเหล่านี้ส่วนใหญ่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากันซึ่งหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เป็นแม่เหล็ก สารแรงอื่นจะต้องเข้าสู่สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กที่มีอยู่

แม่เหล็กทั้งหมดมีสองขั้ว: ขั้วเหนือและขั้วใต้ อย่างที่ทราบกันดีว่าขั้วตรงข้ามดึงดูดและขั้วที่เหมือนกันจะผลักกัน เมื่อนำชิ้นส่วนของเหล็กมาถูกับแม่เหล็ก ขั้วที่หันไปทางทิศเหนือของอะตอมของเหล็กจะเรียงตัวในทิศทางเดียวกัน แรงที่เกิดจากอะตอมที่เรียงตัวจะสร้างสนามแม่เหล็ก ที่นี่ชิ้นส่วนของเหล็กกลายเป็นแม่เหล็ก

แรงแม่เหล็กดังกล่าวมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน ได้แก่ พาราแมกเนติก ไดอะแมกเนติก และเฟอร์โรแมกเนติก

ไดอะแมกเนติกคืออะไร?

แม่เหล็กชนิดนี้เป็นลักษณะเฉพาะของวัสดุที่เรียงตัวเป็นมุมฉากกับสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ ในทำนองเดียวกัน ธาตุไดอะแมกเนติกจะขับไล่สนามแม่เหล็กบางส่วนออกจากภายในของธาตุเหล่านั้น ไดอะแมกเนติกถูกพบครั้งแรกในปี ค.ศ. 1778 โดย SJ Brugmans แต่มันถูกตั้งชื่อและศึกษาในปี ค.ศ. 1845 โดย Michael Faraday นักวิทยาศาสตร์คนนี้และคนอื่นๆ ค้นพบว่าสารประกอบส่วนใหญ่ ตลอดจนองค์ประกอบบางอย่าง แสดงอำนาจแม่เหล็กประเภทนี้ ซึ่งพวกเขาเรียกว่าอำนาจแม่เหล็ก “เชิงลบ”

นี่เป็นเพราะวัสดุไดอะแมกเนติกไม่มีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิ ดังนั้นจึงต้องมีสนามแม่เหล็ก (H) อยู่ อย่างไรก็ตาม เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกถูกนำไปใช้กับวัสดุที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อิเล็กตรอนที่หมุนอยู่จะเคลื่อนที่ การเคลื่อนไหวนี้ซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้าเรียกว่าการประมวลผลและเป็นผลให้เกิดการสะกดจิต (M) ในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอก ดังนั้น วัสดุไดอะแมกเนติกจึงมีความไวต่อแม่เหล็กเชิงลบเล็กน้อย (χ) และความสามารถในการซึมผ่านที่สูงกว่าสุญญากาศ (μ0) เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ค่าความไวแสงไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ซึ่งไม่ส่งผลต่อไดอะแมกเนติก

ไดอะแมกเนติกในวัสดุแข็งยังอธิบายได้ด้วยกฎของเลนซ์ ในเรื่องนี้ระบุว่ากระแสเหนี่ยวนำเร่งหรือชะลออิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอม เพื่อต่อต้านการกระทำของสนามภายนอก นั่นคืออะตอมของไดอะแมกเนติกไม่ได้ถูกดึงดูดโดยสนามแม่เหล็ก แต่ถูกผลักออกไป

พาราแมกเนติกและเฟอร์โรแมกเนติก

ในแง่หนึ่ง พาราแมกเนติกหมายถึงสถานะแม่เหล็กของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งตัวหรือมากกว่า อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ถูกดึงดูดโดยสนามแม่เหล็ก นี่เป็นเพราะช่วงเวลาไดโพลแม่เหล็ก (แรงดึงดูดระหว่างสองอะตอม) ของอิเล็กตรอน กฎของ Hund ระบุว่าอิเล็กตรอนจะต้องครอบครองออร์บิทัลทั้งหมดทีละตัวก่อนที่ออร์บิทัลใดๆ จะถูกครอบครองสองครั้ง เมื่อออร์บิทัลถูกเติมเต็มอย่างเหมาะสม อะตอมจะเหลือไว้ซึ่งอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ซึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดก็ได้ ดังนั้น โมเมนต์แม่เหล็กจึงกระทำในทิศทางใดก็ได้ ทำให้อะตอมพาราแมกเนติกถูกดึงดูดโดยสนามแม่เหล็ก

ในทางกลับกัน เมื่ออิเล็กตรอนอยู่ตามลำพังในออร์บิทัล ออร์บิทัลนั้นจะมีการหมุนวน นี่เป็นเพราะการหมุนของอิเล็กตรอนโดดเดี่ยวไม่ยกเลิก ดังนั้น อะตอมจึงถูกพิจารณาว่าเป็นพาราแมกเนติกส์เมื่อมีอิเล็กตรอนพาราแมกเนติกส์อย่างน้อยหนึ่งตัว พูดง่ายๆ ก็คือ อะตอมสามารถมีอิเล็กตรอนคู่ (ไดแมกเนติก) ได้สิบตัว และอิเล็กตรอนคู่หนึ่งตัว (พาราแมกเนติก) อะตอมดังกล่าวจะยังคงถือว่าเป็นอะตอมพาราแมกเนติก

ให้เราดูว่า ferromagnetism ประกอบด้วยอะไรบ้าง เมื่อโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมทั้งหมดในแลตทิซของวัสดุขนานกัน จะเรียกว่าเฟอร์โรแมกเนติก นี่เป็นเพราะโดเมนแม่เหล็กของวัสดุนั้นเรียงตัวในทิศทางเดียวเท่านั้น โดเมนของวัสดุกำหนดการดึงดูดด้วยการประยุกต์ใช้สนามแม่เหล็ก ตรงกันข้ามกับไดอะแมกเนติก การเรียงตัวของโมเมนต์แม่เหล็กในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกจะลดลงตามอุณหภูมิ ในทำนองเดียวกัน ความไวของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าสูง

เช่นเดียวกับอะตอมของไดอะแมกเนติกที่ถูกสนามแม่เหล็กผลักออกไปเล็กน้อย อะตอมของพาราแมกเนติกจะถูกดึงดูดด้วยสนามแม่เหล็กเล็กน้อย

จะรู้ได้อย่างไรว่าสารนั้นเป็นพาราแมกเนติกหรือไดอะแมกเนติก

อย่างที่เราจะได้เห็นกันในตอนนี้ ในการพิจารณาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสาร ก็เพียงพอแล้วที่จะตรวจสอบการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของมัน ดังนั้น:

• ถ้ามีอิเลคตรอนที่ไม่เข้าคู่ สารนั้นจะเป็นพาราแมกเนติก
• ถ้าอิเล็กตรอนทั้งหมดในสารจับคู่กัน สารนั้นจะเป็นแม่เหล็กแบบไดอะแมกเนติก

กระบวนการตรวจสอบนี้สามารถทำได้ในสามขั้นตอน:

1. เขียนการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของสาร
2. วาดเวเลนต์ออร์บิทัล
3. ระบุว่าสารนั้นมีอิเล็กตรอนคู่หรือไม่.

ด้วยขั้นตอนเหล่านี้ คุณจะสามารถระบุได้ว่าสสารมีพฤติกรรมแม่เหล็กแบบใด

ตัวอย่างขององค์ประกอบไดอะแมกเนติก

• บิสมัท.
• ปรอท.
• เงิน.
• คาร์บอน.
• ตะกั่ว.
• ทองแดง.

ตัวอย่างของธาตุเฟอร์โรแมกเนติก

• เหล็ก.
• นิกเกิล.
• โคบอลต์.
• แกโดลิเนียม.
• ดิสโพรเซียม.

ตัวอย่างขององค์ประกอบพาราแมกเนติก

• ยูเรเนียม
• แพลทินัม.
• อลูมิเนียม.
• โซเดียม.
• ออกซิเจน.

แหล่งที่มา

• อำนาจแม่เหล็กในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) จากห้องสมุดทรัพยากรการศึกษาทางภูมิศาสตร์แห่งชาติ
• คุณสมบัติแม่เหล็กที่ LibreTexts Libraries เข้าถึงวันที่ 15 กุมภาพันธ์ 2021