- วัสดุ Diamagnetic และการตอบสนอง
- ที่มาของการตอบสนองของแม่เหล็กในสสารคืออะไร?
- แม่เหล็กในสสาร
- แอปพลิเคชั่น: แมกนีโตสมองและการบำบัดน้ำ
- อ้างอิง
ไดอะแมกเนติเป็นหนึ่งในคำตอบที่เป็นเรื่องในการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กภายนอก มีลักษณะตรงข้ามหรือตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กนี้และโดยปกติแล้วเว้นแต่จะเป็นการตอบสนองทางแม่เหล็กเพียงอย่างเดียวของวัสดุความเข้มของมันจะอ่อนแอที่สุด
เมื่อผลกระทบที่น่ารังเกียจเป็นเพียงสิ่งเดียวที่วัสดุนำเสนอต่อแม่เหล็กวัสดุนั้นจะถือว่าเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า หากผลกระทบแม่เหล็กอื่น ๆ มีผลเหนือกว่าขึ้นอยู่กับว่ามันคืออะไรมันจะถูกพิจารณาว่าเป็นพาราแมกเนติกหรือเฟอร์แมกเนติก
บิสมัทชิ้นหนึ่งซึ่งเป็นวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มา: Pixabay
Sebald Brugmans ได้รับการยกย่องในปี 1778 โดยมีการอ้างอิงครั้งแรกเกี่ยวกับแรงผลักระหว่างขั้วใด ๆ ของแม่เหล็กกับวัสดุโดยเฉพาะอย่างยิ่งในองค์ประกอบต่างๆเช่นบิสมัทและพลวง
ต่อมาในปี 1845 Michael Faraday ได้ศึกษาผลกระทบนี้อย่างใกล้ชิดมากขึ้นและสรุปได้ว่ามันเป็นคุณสมบัติที่มีอยู่ในตัวของสสารทั้งหมด
วัสดุ Diamagnetic และการตอบสนอง
พฤติกรรมแม่เหล็กของบิสมัทและพลวงและอื่น ๆ เช่นทองทองแดงฮีเลียมและสารต่างๆเช่นน้ำและไม้แตกต่างอย่างมากจากแรงดึงดูดแม่เหล็กที่รู้จักกันดีและทรงพลังที่แม่เหล็กกระทำกับเหล็กนิกเกิลหรือ โคบอลต์.
แม้ว่าโดยทั่วไปจะมีการตอบสนองที่มีความเข้มต่ำ แต่เมื่อเผชิญกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่มีความเข้มข้นเพียงพอ แต่วัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ แม้แต่สารอินทรีย์ที่มีชีวิตก็สามารถสัมผัสกับการดึงดูดในทางตรงกันข้ามได้อย่างน่าทึ่ง
นักวิจัยจาก Nijmegen High Field Magnet Laboratory ในอัมสเตอร์ดัมประเทศเนเธอร์แลนด์ด้วยการสร้างสนามแม่เหล็กที่แรงถึง 16 เทสลา (1 เทสลาถือว่าค่อนข้างแรง) นักวิจัยจาก Nijmegen High Field Magnet Laboratory ในอัมสเตอร์ดัมประเทศเนเธอร์แลนด์สามารถทำให้สตรอเบอร์รี่พิซซ่าและกบลอยอยู่ในสนามแม่เหล็กได้ในปี 1990
นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะลอยแม่เหล็กขนาดเล็กระหว่างนิ้วมือของคนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่แรงเพียงพอ ด้วยตัวมันเองสนามแม่เหล็กจะใช้แรงแม่เหล็กที่สามารถดึงดูดแม่เหล็กขนาดเล็กด้วยแรงและคุณสามารถพยายามทำให้แรงนี้ชดเชยน้ำหนักได้ แต่แม่เหล็กขนาดเล็กจะไม่คงที่มากนัก
ทันทีที่มันเกิดการกระจัดน้อยที่สุดแรงที่แม่เหล็กขนาดใหญ่กระทำจะดึงดูดมันอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตามเมื่อนิ้วของมนุษย์มาอยู่ระหว่างแม่เหล็กแม่เหล็กขนาดเล็กจะทรงตัวและลอยอยู่ระหว่างนิ้วหัวแม่มือและนิ้วชี้ของบุคคลนั้น เวทมนตร์เกิดจากแรงผลักที่เกิดจากแรงแม่เหล็กของนิ้ว
ที่มาของการตอบสนองของแม่เหล็กในสสารคืออะไร?
ต้นกำเนิดของ diamagnetism ซึ่งเป็นการตอบสนองพื้นฐานของสสารใด ๆ ต่อการกระทำของสนามแม่เหล็กภายนอกนั้นอยู่ที่ความจริงที่ว่าอะตอมประกอบด้วยอนุภาคย่อยของอะตอมที่มีประจุไฟฟ้า
อนุภาคเหล่านี้ไม่อยู่นิ่งและการเคลื่อนที่ของมันมีหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก แน่นอนว่าสสารเต็มไปด้วยสารเหล่านี้และคุณสามารถคาดหวังการตอบสนองของแม่เหล็กในวัสดุใด ๆ ได้เสมอไม่ใช่แค่สารประกอบเหล็ก
อิเล็กตรอนมีหน้าที่หลักในคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสาร ในแบบจำลองที่เรียบง่ายสามารถสันนิษฐานได้ว่าอนุภาคนี้โคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมด้วยการเคลื่อนที่เป็นวงกลมสม่ำเสมอ เท่านี้ก็เพียงพอแล้วสำหรับอิเล็กตรอนที่จะทำหน้าที่เหมือนวงกระแสเล็ก ๆ ที่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้
ดึงดูดจากผลกระทบนี้จะเรียกว่าวงโคจรการสะกดจิตแต่อิเล็กตรอนมีส่วนช่วยเพิ่มเติมในการดึงดูดแม่เหล็กของอะตอมนั่นคือโมเมนตัมเชิงมุมที่อยู่ภายใน
การเปรียบเทียบเพื่ออธิบายที่มาของโมเมนตัมเชิงมุมที่อยู่ภายในคือการสมมติว่าอิเล็กตรอนมีการเคลื่อนที่แบบหมุนรอบแกนซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่าสปิน
เป็นขบวนการและเป็นอนุภาคมีประจุสปินยังก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าสปินสะกดจิต
การมีส่วนร่วมทั้งสองก่อให้เกิดการดึงดูดสุทธิหรือผลลัพธ์อย่างไรก็ตามสิ่งที่สำคัญที่สุดคือเนื่องจากการหมุน โปรตอนในนิวเคลียสแม้จะมีประจุไฟฟ้าและสปิน แต่ก็ไม่ได้มีส่วนสำคัญในการดึงดูดอะตอม
ในวัสดุ diamagnetic การทำให้เป็นแม่เหล็กเป็นศูนย์เนื่องจากการมีส่วนร่วมของทั้งโมเมนต์โคจรและโมเมนต์หมุนจะถูกยกเลิก ประการแรกเป็นเพราะกฎของ Lenz และประการที่สองเนื่องจากอิเล็กตรอนในวงโคจรถูกสร้างขึ้นเป็นคู่โดยมีสปินตรงกันข้ามและเปลือกหอยเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนเท่ากัน
แม่เหล็กในสสาร
ผลแม่เหล็กเกิดขึ้นเมื่อการดึงดูดวงโคจรได้รับอิทธิพลจากสนามแม่เหล็กภายนอก การทำให้เป็นแม่เหล็กจึงแสดงเป็นMและเป็นเวกเตอร์
ไม่ว่าสนามจะถูกนำไปที่ใดการตอบสนองของแม่เหล็กจะน่ารังเกียจเสมอเนื่องจากกฎของ Lenz ซึ่งระบุว่ากระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำต่อต้านการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านลูป
แต่ถ้าวัสดุมีการดึงดูดแม่เหล็กถาวรบางชนิดการตอบสนองจะดึงดูดเช่นกรณีของพาราแมกเนติกและเฟอร์ริติก
ปริมาณผลกระทบที่อธิบายให้เราพิจารณาภายนอกสนามแม่เหล็กH , นำมาใช้ในวัสดุ isotropic (คุณสมบัติของมันจะเหมือนกันที่จุดใด ๆ ในพื้นที่) ภายในที่ดึงดูดMอินเตอร์เน็ต ในฐานะที่เป็น ผลให้ภายในเหนี่ยวนำแม่เหล็กสร้างB , เป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างHและM
ปริมาณทั้งหมดนี้เป็นเวกเตอร์ BและMเป็นสัดส่วนกับHซึ่งเป็นความสามารถในการซึมผ่านของวัสดุμและความไวต่อแม่เหล็กχค่าคงที่ตามสัดส่วนซึ่งบ่งบอกว่าอะไรคือการตอบสนองเฉพาะของสารต่ออิทธิพลแม่เหล็กภายนอก:
B = μ เอช
การดึงดูดของวัสดุจะเป็นสัดส่วนกับH :
M = χ H
สมการข้างต้นใช้ได้ในระบบ cgs ทั้งBและHและMมีขนาดเท่ากันแม้ว่าจะต่างหน่วย สำหรับBจะใช้เกาส์ในระบบนี้และสำหรับHจะใช้ oersted เหตุผลในการทำเช่นนี้คือเพื่อแยกความแตกต่างของฟิลด์ที่ใช้ภายนอกจากฟิลด์ที่สร้างขึ้นภายในวัสดุ
ในระบบระหว่างประเทศซึ่งเป็นสมการที่ใช้กันทั่วไปสมการแรกจะมีลักษณะที่แตกต่างกันบ้าง:
B = μ หรือ μ r H.
μ oคือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของพื้นที่ว่างซึ่งเทียบเท่ากับ4π x 10-7 Tm / A (Teslameter / Ampere) และμ rคือความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ของตัวกลางในการอ้างอิงถึงสุญญากาศซึ่งไม่มีมิติ
ในแง่ของความไวต่อแม่เหล็กχซึ่งเป็นลักษณะที่เหมาะสมที่สุดในการอธิบายคุณสมบัติของไดอะแมกเนติกของวัสดุสมการนี้เขียนดังนี้:
B = (1 + χ) μ หรือH
ด้วยμ r = 1 + χ
ใน International System Bมาใน Tesla (T) ในขณะที่Hแสดงเป็น Ampere / meter ซึ่งเป็นหน่วยที่เคยคิดว่าเรียกว่า Lenz แต่จนถึงขณะนี้ได้ถูกทิ้งไว้ในรูปของหน่วยพื้นฐาน
ในวัสดุเหล่านั้นที่χเป็นลบจะถือว่าเป็น diamagnetic และเป็นพารามิเตอร์ที่ดีในการระบุลักษณะของสารเหล่านี้เนื่องจากχในสารเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นค่าคงที่โดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ นี่ไม่ใช่กรณีของวัสดุที่มีการตอบสนองทางแม่เหล็กมากกว่า
โดยปกติχอยู่ในคำสั่งของ -10 -6ถึง -10 -5 ตัวนำยิ่งยวดมีลักษณะโดยมีχ = -1 ดังนั้นสนามแม่เหล็กภายในจึงถูกยกเลิกโดยสิ้นเชิง (Meisner effect)
วัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุ diamagnetic ที่สมบูรณ์แบบซึ่ง diamagnetism หยุดการตอบสนองที่อ่อนแอและแข็งแรงพอที่จะลอยตัววัตถุตามที่อธิบายไว้ในตอนต้น
แอปพลิเคชั่น: แมกนีโตสมองและการบำบัดน้ำ
สิ่งมีชีวิตสร้างมาจากน้ำและสารอินทรีย์ซึ่งโดยทั่วไปการตอบสนองต่อแม่เหล็กจะอ่อนแอ อย่างไรก็ตาม diamagnetism ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วนั้นเป็นส่วนที่อยู่ภายในของสสารรวมถึงอินทรียวัตถุด้วย
กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กไหลเวียนภายในมนุษย์และสัตว์ซึ่งสร้างผลกระทบจากแม่เหล็กอย่างไม่ต้องสงสัย ในขณะนี้ในขณะที่ผู้อ่านติดตามคำเหล่านี้ด้วยตากระแสไฟฟ้าเล็ก ๆ ไหลเวียนในสมองของเขาทำให้เขาเข้าถึงและตีความข้อมูลได้
ตรวจพบการดึงดูดที่อ่อนแอที่เกิดขึ้นในสมอง เทคนิคนี้เรียกว่า magneto-encephalography ซึ่งใช้เครื่องตรวจจับที่เรียกว่า SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) เพื่อตรวจจับสนามแม่เหล็กขนาดเล็กมากตามลำดับ10-15 T
ปลาหมึกสามารถค้นหาแหล่งที่มาของการทำงานของสมองได้อย่างแม่นยำ ซอฟต์แวร์มีหน้าที่รวบรวมข้อมูลที่ได้รับและแปลงเป็นแผนที่รายละเอียดของการทำงานของสมอง
สนามแม่เหล็กภายนอกอาจส่งผลต่อสมองไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง เท่าไหร่? การวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กที่ค่อนข้างเข้มข้นประมาณ 1 T สามารถส่งผลกระทบต่อกลีบข้างขม่อมซึ่งขัดขวางการทำงานของสมองในช่วงเวลาสั้น ๆ
ในทางกลับกันคนอื่น ๆ ซึ่งอาสาสมัครใช้เวลา 40 ชั่วโมงภายในแม่เหล็กที่สร้างความเข้ม 4 T ได้จากไปโดยไม่ได้รับผลเสียใด ๆ ที่สังเกตได้ อย่างน้อยมหาวิทยาลัยโอไฮโอได้ระบุว่าจนถึงขณะนี้ไม่มีความเสี่ยงที่จะอยู่ภายในเขต 8 ต.
สิ่งมีชีวิตบางชนิดเช่นแบคทีเรียสามารถรวมผลึกแม่เหล็กขนาดเล็กและใช้เพื่อปรับทิศทางให้อยู่ในสนามแม่เหล็กของโลกได้ แม๊กไนต์ยังพบในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่าเช่นผึ้งและนกซึ่งจะใช้เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน
มีแร่ธาตุแม่เหล็กในร่างกายมนุษย์หรือไม่? ใช่พบแมกไนต์ในสมองของมนุษย์แม้ว่าจะไม่ทราบว่ามีจุดประสงค์ใด เราสามารถคาดเดาได้ว่านี่เป็นทักษะที่เลิกใช้แล้ว
เกี่ยวกับการบำบัดน้ำนั้นขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าตะกอนเป็นสารแม่เหล็กโดยทั่วไป สนามแม่เหล็กแรงสูงสามารถใช้ในการกำจัดตะกอนแคลเซียมคาร์บอเนตยิปซั่มเกลือและสารอื่น ๆ ที่ทำให้เกิดความกระด้างในน้ำและสะสมในท่อและภาชนะ
เป็นระบบที่มีข้อดีหลายประการในการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและรักษาท่อให้ใช้งานได้ดีเป็นเวลานานและมีต้นทุนต่ำ
อ้างอิง
- Eisberg, R. 1978. ฟิสิกส์ควอนตัม. Limusa 557-577
- หนุ่มฮิวจ์ 2016. ฟิสิกส์มหาวิทยาลัยของเซียร์ส - เซมันสกี้กับฟิสิกส์สมัยใหม่. 14 เอ็ดเพียร์สัน 942
- ซาปาต้า, F. (2003). การศึกษาแร่วิทยาที่เกี่ยวข้องกับบ่อน้ำมัน Guafita 8x ที่อยู่ในเขต Guafita (Apure State) โดยใช้การวัดความไวต่อแม่เหล็กและสเปกโทรสโกปีของ Mossbauer ปริญญานิพนธ์. มหาวิทยาลัยกลางเวเนซุเอลา