Skillnad mellan diamagnetism, paramagnetism och ferromagnetism

Huvudskillnad - Diamagnetism, Paramagnetism och Ferromagnetism

Diamagnetism, paramagnetism och ferromagnetism hänvisar till hur olika material svarar på magnetfält. De huvudskillnad mellan diamagnetism, paramagnetism och ferromagnetism är det diamagnetism avser en typ av magnetism som former i motsats till ett yttre magnetfält och försvinner när det yttre fältet tas bort; paramagnetism hänvisar till en typ av magnetism som former längs ett yttre magnetfältets riktning och försvinner när det yttre magnetfältet tas bort; ferromagnetism avser en typ av magnetism i material som former längs det yttre magnetfältets riktning och kan förbli när det yttre magnetfältet tas bort.

Magnetismens ursprung

I kvantmekanik har elektroner vinkelmoment. Den "vinkelmoment" som avses här är en kvantmekanisk egenskap, men den kan anses vara analog med vinkelmomentet i klassisk fysik, där föremål har vinkelmoment om de är i rotationsrörelse. 

Elektroner uppvisar två typer av vinkelmoment: spinnvinkelmoment och orbital vinkelmoment. Spinvinkelmoment är en inneboende egendom av elektroner, som deras laddning eller massa. Orbitalt vinkelmoment är en egenskap som elektroner har när de är i atomer. Det finns en magnetisk moment associerad med vart och ett av dessa vinkelmoment. Det magnetiska ögonblicket är en egenskap som gör att elektroner upplever en kraft när de placeras i ett magnetfält. 

Det magnetiska ögonblicket () på grund av rotationsvinkelmomentet () ges av:

var  och  är laddningen och massan av en elektron respektive.

På liknande sätt är det magnetiska ögonblicket () på grund av orbital vinkelmomentet () Ges av:

Vad är Diamagnetism

Alla material är diamagnetiska. Diamagnetism är den svagaste av de tre olika typerna av magnetism. Därför, om ett material är paramagnetiskt eller ferromagnetiskt, maskeras dess diamagnetiska effekter av dessa andra två typer av magnetism. I diamagnetiska material blir magnetiska moment av varje enskild elektron i materialet avbruten. När ett diamagnetiskt material placeras under ett magnetfält, producerar materialet ett magnetfält som motsätter sig det yttre magnetfältet. Som ett resultat blir materialet avstängt av det yttre fältet. Till exempel visar figuren nedan en levande groda som har gjorts för att levitera med ett starkt magnetfält. Här uppvisar grodans kropp diamagnetism:

På grund av diamagnetism producerar grodan ett magnetfält som gör att det kan störa det yttre magnetfältet. Därför "floats".

Vad är Paramagnetism

I material vars atomar har oparmade elektroner kan magnetiska moment för enskilda elektroner inte helt avbryta, och så kvarstår atomerna med ett resulterande magnetiskt moment. De magnetiska momenten av atomer är emellertid inriktade i slumpmässiga riktningar, så materialet som helhet uppvisar inte magnetism. Om emellertid ett sådant material placeras i ett externt magnetfält, kan de magnetiska momenten hos individuella atomer sedan rikta sig mot det yttre magnetfältet, vilket får materialet att magnetiseras. Magnetfältet som produceras av paramagnetiska material pekar i samma riktning som det yttre magnetfältet. Materialet uppvisar endast magnetism så länge som det ligger inom ett yttre magnetfält. Om det yttre magnetfältet är avstängt, förlorar materialet dess magnetisering. Paramagnetiska material innefattar flytande syre och vissa metaller. Videon nedan visar den paramagnetiska egenskapen hos flytande syre:

Vad är Ferromagnetism

Atomer som utgör ferromagnetiska material har oparmade elektroner i sina atomer, så att varje atom har ett magnetiskt magnetmoment. De magnetiska ögonblicken hos närliggande atomer tenderar att bli justerade och skapa olika regioner (kallas domäner) i materialet, där magnetiska moment beroende på enskilda atomer är inriktade. Däremot kan olika domäner fortfarande ha sina magnetiska moment som pekar i olika riktningar. När ett ferromagnetiskt material placeras inuti ett externt magnetfält, inriktas de olika domänerna inuti magnetfälten alla med det yttre magnetfältet.

Hur magnetiska moment i olika magnetiska domäner är anpassade till ett externt magnetfält, eftersom den yttre magnetfältstyrkan ökar.

Även om det yttre magnetfältet tas bort kan materialet behålla sin magnetisering. Ferromagnetiska material innefattar järn, kobolt, nickel och deras legeringar.

Skillnad mellan diamagnetism, paramagnetism och ferromagnetism

Magnetiska moment av enskilda atomar

I diamagnetiska material, har de enskilda atomerna inte ett magnetiskt magnetmoment.

I paramagnetiska och ferromagnetiska material har varje atom ett eget magnetiskt moment.

Beteende i yttre magnetiska fält

diamagnetiska material inriktar sina magnetfält i motsatt riktning mot de yttre magnetfälten.

Paramagnetisk och ferromagnetisk material inriktar sina magnetfält i samma riktning som de yttre magnetfälten.

Retention av magnetism

diamagnetiska och paramagnetiska material förlorar sin magnetisering när det yttre magnetfältet tas bort.

ferromagnetiska Material kan behålla sin magnetisering även när det yttre magnetfältet tas bort.

Image Courtesy

"En levande groda levitates inuti Ø32mm vertikala borrningen av en bitter solenoid i ett magnetfält på ca 16 tesla vid Nijmegen High Field Magnet Laboratory" av Lijnis Nelemans (engelsk Wikipedia) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

"Esquema de dominios magnéticos de un ferromagneto alineándos con un campo creciente ..." av 4lex på spanska Wikipedia (överförd från es.wikipedia till Commons) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons