Differenza tra diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo

Differenza principale - Diamagnetismo, Paramagnetismo e Ferromagnetismo

Diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo si riferiscono a come materiali diversi rispondono ai campi magnetici. Il differenza principale tra diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo è quello diamagnetismo si riferisce a un tipo di magnetismo che si forma in opposizione a un campo magnetico esterno e scompare quando il campo esterno viene rimosso; paramagnetismo si riferisce a un tipo di magnetismo che si forma lungo la direzione di un campo magnetico esterno e scompare quando il campo magnetico esterno viene rimosso; ferromagnetism si riferisce a un tipo di magnetismo nei materiali che si forma lungo la direzione del campo magnetico esterno e può rimanere quando il campo magnetico esterno viene rimosso.

Origine del magnetismo

Nella meccanica quantistica, gli elettroni hanno Momento angolare. Il "momento angolare" a cui si fa riferimento qui è una proprietà quantomeccanica, ma può essere considerato analogo al momento angolare nella fisica classica, dove gli oggetti hanno momento angolare se sono in movimento rotazionale. 

Gli elettroni mostrano due tipi di momenti angolari: rotazione angolare e Momento angolare orbitale. Gira il momento angolare è un proprietà intrinseca di elettroni, come la loro carica o massa. Momento angolare orbitale è una proprietà che gli elettroni hanno quando sono negli atomi. C'è un momento magnetico associato a ciascuno di questi momenti angolari. Il momento magnetico è una proprietà che fa sì che gli elettroni sperimentino una forza quando sono posti in un campo magnetico. 

Il momento magnetico () a causa del momento angolare di spin () è dato da:

dove  e  sono rispettivamente la carica e la massa di un elettrone.

Allo stesso modo, il momento magnetico () a causa del momento angolare orbitale () è dato da:

Cos'è il diamagnetismo

Tutti i materiali sono diamagnetici. Il diamagnetismo è il più debole tra i tre diversi tipi di magnetismo. Pertanto, se un materiale è paramagnetico o ferromagnetico, i suoi effetti diamagnetici sono mascherati da questi altri due tipi di magnetismo. Nei materiali diamagnetici, i momenti magnetici di ciascuno dei singoli elettroni nel materiale vengono cancellati. Quando un materiale diamagnetico viene posto sotto un campo magnetico, il materiale produce un campo magnetico che si oppone al campo magnetico esterno. Di conseguenza, il materiale viene respinto dal campo esterno. Per esempio, la figura seguente mostra una rana vivente che è stata fatta levitare usando un forte campo magnetico. Qui, il corpo della rana esibisce il diamagnetismo:

A causa del diamagnetismo, la rana produce un campo magnetico che lo induce a respingere il campo magnetico esterno. Pertanto, "galleggia".

Cos'è il paramagnetismo

Nei materiali i cui atomi hanno elettroni spaiati, i momenti magnetici dei singoli elettroni non possono completamente annullarsi, e così gli atomi vengono lasciati con un momento magnetico risultante. Tuttavia, i momenti magnetici degli atomi sono allineati in direzioni casuali, quindi il materiale nel suo complesso non mostra magnetismo. Tuttavia, se un tale materiale viene posto in un campo magnetico esterno, i momenti magnetici dei singoli atomi possono quindi allinearsi con il campo magnetico esterno, causando la magnetizzazione del materiale. Il campo magnetico prodotto da materiali paramagnetici punta nella stessa direzione del campo magnetico esterno. Il materiale mostra magnetismo solo finché è all'interno di un campo magnetico esterno. Se il campo magnetico esterno viene disattivato, il materiale perde la sua magnetizzazione. I materiali paramagnetici includono ossigeno liquido e alcuni metalli. Il video qui sotto dimostra la proprietà paramagnetica dell'ossigeno liquido:

Cos'è il ferromagnetismo

Gli atomi che costituiscono materiali ferromagnetici hanno elettroni spaiati nei loro atomi, quindi ogni atomo ha un momento magnetico netto. I momenti magnetici degli atomi vicini tendono ad allinearsi, creando diverse regioni (chiamate domini) nel materiale, dove i momenti magnetici dovuti ai singoli atomi sono allineati. Tuttavia, domini diversi possono ancora avere i loro momenti magnetici che puntano in direzioni diverse. Quando un materiale ferromagnetico è posto all'interno di un campo magnetico esterno, i diversi domini all'interno dei campi magnetici si allineano tutti con il campo magnetico esterno.

Come i momenti magnetici di diversi domini magnetici si allineano con un campo magnetico esterno, mentre aumenta la forza del campo magnetico esterno.

Anche se il campo magnetico esterno viene rimosso, il materiale può mantenere la sua magnetizzazione. I materiali ferromagnetici comprendono ferro, cobalto, nichel e loro leghe.

Differenza tra diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo

Momenti magnetici di singoli atomi

Nel diamagnetic materiali, i singoli atomi non hanno un momento magnetico netto.

Nel paramagnetica e ferromagnetico materiali, ogni atomo ha il suo momento magnetico.

Comportamento in campi magnetici esterni

diamagnetic i materiali allineano i loro campi magnetici nella direzione opposta ai campi magnetici esterni.

Paramagnetico e ferromagnetico i materiali allineano i loro campi magnetici nella stessa direzione dei campi magnetici esterni.

Retention of Magnetism

diamagnetic e paramagnetica i materiali perdono la loro magnetizzazione quando viene rimosso il campo magnetico esterno.

Ferromagnetico i materiali possono mantenere la loro magnetizzazione anche quando il campo magnetico esterno viene rimosso.

Cortesia dell'immagine

"Una rana viva levita all'interno del foro verticale di Ø32mm di un solenoide Bitter in un campo magnetico di circa 16 tesla presso il laboratorio del magnete ad alto campo di Nijmegen" di Lijnis Nelemans (Wikipedia in inglese) [CC BY-SA 3.0], tramite Wikimedia Commons

"Esquema de dominios magnéticos de un ferromagneto alineándose con un campo creciente ..." di 4lex in Wikipedia spagnolo (trasferito da es.wikipedia a Commons) [CC BY-SA 3.0], tramite Wikimedia Commons