Verschil tussen diamagnetisme, paramagnetisme en ferromagnetisme

Belangrijkste verschil - Diamagnetisme, paramagnetisme en ferromagnetisme

Diamagnetisme, paramagnetisme en ferromagnetisme verwijzen naar hoe verschillende materialen reageren op magnetische velden. De grootste verschil tussen diamagnetisme, paramagnetisme en ferromagnetisme is dat diamagnetisme verwijst naar een type magnetisme dat vormt in tegenstelling tot een extern magnetisch veld en verdwijnt wanneer het externe veld wordt verwijderd; paramagnetisme verwijst naar een soort magnetisme dat vormt zich in de richting van een extern magnetisch veld en verdwijnt wanneer het externe magnetische veld wordt verwijderd; ferromagnetisme verwijst naar een soort magnetisme in materialen die vormt zich in de richting van het externe magnetische veld en kan blijven bestaan ​​wanneer het externe magnetische veld wordt verwijderd.

Oorsprong van magnetisme

In de kwantummechanica hebben elektronen hoekmoment. Het "impulsmoment" waarnaar hier wordt verwezen, is een quantummechanische eigenschap, maar het kan worden beschouwd als analoog aan het impulsmoment in de klassieke fysica, waar objecten een impulsmoment hebben als ze in rotatiebeweging zijn. 

Elektronen vertonen twee soorten hoekmomenten: draai hoek momenta en orbitale angulaire momenta. Draai het impulsmoment is een intrinsieke eigenschap van elektronen, zoals hun lading of massa. Orbitaal impulsmoment is een eigenschap die elektronen hebben als ze in atomen zijn. Er is een magnetisch moment geassocieerd met elk van deze impulsmomenten. Het magnetisch moment is een eigenschap die ervoor zorgt dat elektronen een kracht ervaren wanneer ze in een magnetisch veld worden geplaatst. 

Het magnetisch moment () als gevolg van spin-impulsmoment () is gegeven door:

waar  en  zijn respectievelijk de lading en de massa van een elektron.

Evenzo is het magnetisch moment () vanwege orbitaal impulsmoment () is gegeven door:

Wat is diamagnetisme

Alle materialen zijn diamagnetisch. Diamagnetisme is de zwakste van de drie verschillende soorten magnetisme. Daarom, als een materiaal paramagnetisch of ferromagnetisch is, worden de diamagnetische effecten gemaskeerd door deze andere twee typen magnetisme. In diamagnetische materialen worden magnetische momenten van elk van de individuele elektronen in het materiaal opgeheven. Wanneer een diamagnetisch materiaal onder een magnetisch veld wordt geplaatst, produceert het materiaal een magnetisch veld dat tegengesteld is aan het externe magnetische veld. Als gevolg hiervan wordt het materiaal afgestoten door het externe veld. In de onderstaande afbeelding ziet u bijvoorbeeld een levende kikker die is laten zweven met een sterk magnetisch veld. Hier vertoont het lichaam van de kikker diamagnetisme:

Door diamagnetisme produceert de kikker een magnetisch veld dat ervoor zorgt dat het het externe magnetische veld afstoot. Daarom "zweeft".

Wat is paramagnetisme

In materialen waarvan de atomen niet-gepaarde elektronen hebben, kunnen de magnetische momenten van individuele elektronen niet volledig worden opgeheven, en dus blijven de atomen achter met een resulterend magnetisch moment. De magnetische momenten van atomen worden echter in willekeurige richtingen uitgelijnd, dus het materiaal als geheel vertoont geen magnetisme. Als een dergelijk materiaal echter in een extern magnetisch veld wordt geplaatst, kunnen de magnetische momenten van individuele atomen vervolgens worden uitgelijnd met het externe magnetische veld, waardoor het materiaal wordt gemagnetiseerd. Het magnetische veld geproduceerd door paramagnetische materialen wijst in dezelfde richting als het externe magnetische veld. Het materiaal vertoont alleen magnetisme zolang het zich in een extern magnetisch veld bevindt. Als het externe magnetische veld wordt uitgeschakeld, verliest het materiaal zijn magnetisatie. Paramagnetische materialen omvatten vloeibare zuurstof en bepaalde metalen. De video hieronder demonstreert de paramagnetische eigenschap van vloeibare zuurstof:

Wat is Ferromagnetisme

Atomen die deel uitmaken van ferromagnetische materialen hebben ongepaarde elektronen in hun atomen, dus elk atoom heeft een netto magnetisch moment. De magnetische momenten van nabijgelegen atomen hebben de neiging om uitgelijnd te raken, waardoor verschillende gebieden ontstaan ​​(genaamd domeinen) in het materiaal, waar magnetische momenten als gevolg van individuele atomen zijn uitgelijnd. Verschillende domeinen kunnen echter nog steeds hun magnetische momenten in verschillende richtingen wijzen. Wanneer een ferromagnetisch materiaal in een extern magnetisch veld wordt geplaatst, komen de verschillende domeinen binnen de magnetische velden allemaal overeen met het externe magnetische veld.

Hoe de magnetische momenten van verschillende magnetische domeinen op één lijn liggen met een extern magnetisch veld, omdat de externe magnetische veldsterkte wordt verhoogd.

Zelfs als het externe magnetische veld wordt verwijderd, kan het materiaal zijn magnetisatie behouden. Ferromagnetische materialen omvatten ijzer, kobalt, nikkel en hun legeringen.

Verschil tussen diamagnetisme, paramagnetisme en ferromagnetisme

Magnetische momenten van individuele atomen

In diamagnetisch materialen hebben de afzonderlijke atomen geen netto magnetisch moment.

In paramagnetisch en ferromagnetische materialen, elk atoom heeft zijn eigen magnetisch moment.

Gedrag in externe magnetische velden

diamagnetisch materialen richten hun magnetische velden in de tegenovergestelde richting van de externe magnetische velden.

Paramagnetisch en ferromagnetisch materialen stemmen hun magnetische velden in dezelfde richting af als de externe magnetische velden.

Retentie van magnetisme

diamagnetisch en paramagnetisch materialen verliezen hun magnetisatie wanneer het externe magneusveld wordt verwijderd.

ferromagnetische materialen kunnen hun magnetisatie behouden, zelfs wanneer het externe magnetische veld wordt verwijderd.

Afbeelding Met dank

"Een levende kikker zweeft in de verticale boring Ø32mm van een Bitter-magneet in een magnetisch veld van ongeveer 16 tesla in het Nijmeegse Hoogveldmagneetlaboratorium" door Lijnis Nelemans (Engelse Wikipedia) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

"Esquema de dominios magnéticos de un ferromagneto alineándose con un campo creciente ..." door 4lex op Spaans Wikipedia (Transfered from es.wikipedia to Commons) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons