مواد پارامغناطیس
مواد پارامغناطیس گروهی از مواد هستند که موجب تقویت جزئی میدان مغناطیسی میشوند، یعنی اگر در داخل سیم پیچی، ماده‌ای از جنس پارامغناطیسی قرار دهیم، در این صورت میدان مغناطیسی تقویت میشود، هر چند این تقویت به اندازه مواد [فقط کاربران عضو میتوانند این لینک را مشاهده نمایند . ] نیست، اما قابل توجه است. به بیان دیگر، در مباحث مغناطیسی کمیتی به نام پذیرفتاری مغناطیسی تعریف میشود که نمادی از تقویت یا تضعیف میدان مغناطیسی است.
پارامغناطیس شکل ضعیفی از خاصیت مغناطیسی است. اتمهای مواد پارامغناطیس گشتاور دو قطبی مغناطیسی دائمی دارند که در میدان مغناطیسی خارجی دو قطبیها را با یکدیگر همسو کرده و میدان را تا اندازه‌ای تقویت می‌کنند. ماده پارامغناطیس در میدان مغناطیسی غیریکنواخت، به طرف ناحیه قویتر کشیده میشود.
در این مواد حرکت و جنبش دوقطبی ها راحتتر و آسانتر است. هنگامی که این مواد را در میدان مغناطیسی قرار میدهیم، بر دوقطبی های آن نیرو وارد میشود و تعداد زیادی از آنها در خطوط میدان به طوری که قطبهای شمال در جهت خطوط قرار می گیرند. این امر سبب می شود که این مواد به آهنربایی قوی تبدیل شود؛ اما چون حرکت و جنبش این دو قطبی ها سریع است، با برداشتن این مواد از میدان مغناطیسی، این دوقطبی ها به سرعت از مسیر خطوط خارج میشود و به حالت کاتوره ای و سمت گیری های غیر مشخص و غیر منظم قبلی برمیگردد و در خارج از خطوط میدان به سرعت خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهد؛ به عبارتی خاصیت پارامغناطیس خاصیت جذب شدن به‌وسیلهٔ یک مغناطیس را گویند. تمام فلزات دارای یک اثر پارامغناطیس ضعیف می‌باشند که به دما وابسته نیست و با توجه به نظریه الکترون آزاد و گشتاور مغناطیسی اسپین ذاتی الکترونهای آزاد توجیه میشود. محدوده حرکت الکترونهای آزاد در نوارهای انرژی است، در مرز این نواحی، امواج الکترون بوسیله بلور بازتاب براگ میکند که سبب بوجود آمدن گاف انرژی میشود. این گافهای انرژی در تعیین عایق یا رسانا بودن جسم اهمیت زیادی می‌دارند. مواد پارامغناطیس: آلومینیوم، پلاتین، منگنز، نیکل، دی اکسیدکربن، فلزهای قلیایی و قلیایی خاکی، اکسیژن و اکسید ازت.
در مواد[فقط کاربران عضو میتوانند این لینک را مشاهده نمایند . ] پذیرفتاری مغناطیسی، کمیتی منفی است و میدان مغناطیسی در اثر حضور چنین ماده‌ای تضعیف میشود، اما در مورد مواد پارامغناطیس، تراوایی مغناطیسی، مقداری مثبت است. بنابراین در حضور این ماده، میدان تقویت میشود، هر چند این تقویت به اندازه مواد [فقط کاربران عضو میتوانند این لینک را مشاهده نمایند . ] نخواهد بود.
مواد پارامغناطیس (paramagnetic) تاحدی بین مواد [فقط کاربران عضو میتوانند این لینک را مشاهده نمایند . ] و مواد [فقط کاربران عضو میتوانند این لینک را مشاهده نمایند . ] قرار میگیرند. این مواد به طور اندکی جذب میدان مغناطیسی می گردند و در اثر قطع میدان مغناطیسی خارجی ، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند. مواد حاجبی (contrast agent) که در MRI استفاده میگردد پارامغناطیس هستند.
خاصیت پارامغناطیسی
اگر نمونه‌ای از ماده شامل N اتم، را که گشتاور دو قطبی مغناطیسی هر کدام M است، در یک میدان مغناطیسی قرار دهیم، دو قطبی‌های اولیه اتم می‌کوشند با میدان مغناطیسی همسو شوند. این تمایل به همسو شدن را خاصیت پارامغناطیسی می‌گویند.
شرط پارامغناطیسی بودن
برای آنکه دستگاهی خواص پارامغناطیسی از خود بروز دهد، اتمها یا مولکولهای آن دستگاه باید گشتاورهای مغناطیسی دائمی داشته، و این گشتاورها تمایل داشته باشند که با میدان اعمال شده همسو شوند. گشتاورهای مولکولی مختلف واجفت شده هستند، یعنی هر یک حول میدان مغناطیسی بطور انفرادی و نه بطور هماهنگ حرکت تقدیمی می‌کنند، ولی به علت تماس گرمایی با محیط اطراف خود میتوانند مبادله انرژی کنند. جز در دمای نزدیک به صفر مطلق توام با میدانهای بسیار قوی، مغناطش از مقدار مربوط به حالت اشباع آن که در آن حالت تمام گشتاورهای دو قطبی همسو هستند، بسیار کمتر است.
قانون کوری
در سال 1895 پیر کوری بطور تجربی کشف کرد که مغناطش M (گشتاور دو قطبی مغناطیسی در واحد حجم ماده) یک ماده پارامغناطیس با میدان مغناطیسی (B)، یعنی میدان مغناطیسی موثر که نمونه در آن قرار گرفته است، نسبت مستقیم و با دمای کلوین (T) نسبت معکوس دارد. این بیان به عنوان قانون کوری معروف است. این قانون از لحاظ فیزیکی از این جهت قابل قبول است که افزایش B باعث همسو شدن دو قطبی‌های اولیه در نمونه میشود و M (مغناطش) را افزایش می‌دهد، در حالی که افزایش T این همسویی را به هم می‌زند و M را کاهش می‌دهد. قانون کوری در صورتی که نسبت B/T خیلی بزرگ نباشد، از نظر تجربی تائید شده است.
فرومغناطیس - Ferromagnetic
فرومغناطیس، توانایی موادی خاص برای بروز میدان مغناطیس در غیاب میدان مغناطیسی خارجی است. این میدان، میدان مغناطیس خود به خود نامیده میشود. در بین عناصر جدول تناوبی تنها اهن، کوبالت، نیکل، و گادولنیوم در دماهای عادی فرومغناطیس هستند. اما الیاژها و ترکیبات پرشماری را با خاصیت فرومغناطیسی یافته میشود که برخی به شکل طبیعی وجود دارند و برخی مصنوعی هستند.
کار کرد موتورها، ترانسفورماتور ها، بیشتر وسایط ضبط و بلند گو بر اساس استفاده از مواد فرومغناطیس است. پدیده فرومغناطیس تنها در دماهای پایین تر از دمایی که به دمای کوری Tc معروف است و به جنس ماده بستگی دارد ظاهر میشود. اکسید فرومغناطیس مثل مگنتیت که در پوسته زمین به صورت طبیعی وجود دارند، پس از فعالیت اتش فشانی سرد و فرومغناطیس میشوند و جهت میدان مغناطیسی ان لحظه را در خود حفظ میکند. درست همانطور که موسیقی و یا داده ها روی نوار مغناطیسی ضبط میشوند، سابقه حرکت قاره ها در مواد فرومغناطیس پوسته زمین ثبت شده است. این نوع فرومغناطیس های طبیعی از زمان باستان شناخته شده بود، و کاربرد ان ها به صورت قطب نما نقش مهمی در جهت یابی و کشف سرزمین های ناشناخته داشته است.
فرومغناطیس، ناشی از دو خاصیت بنیادی و مرتبط با هم، الکترون است: گشتاور مغناطیسی دوقطبی الکترون و لزوم تبعیت ان از اصل طرد پاؤلی. گشتاور دوقطبی مغناطیسی الکترون، مشابه با گشتاور دوقطبی ای است که بر اثر عبور جریان از حلقه ی سیم تولید میشود، اما درست نیست که فکر کنیم این گشتاور در نتیجه ی چرخش بار الکترون پدید می اید. در واقع این گشتاور، خاصیت بنیادی و کوانتومی الکترون است. اندازه ی ان بسیار کوچک است و بر حسب تفاوت انرژی بین دو حالتی بیان میشود که گشتاور با میدان مغناطیسی خارجی هم جهت یا در جهت مخالف ان است. عامل موثر در شکل گیری ساختار اتم و جدول تناوبی، اصل طرد پاولی است. تبعیت از این اصل معمولا باعث میشود که در پوسته های پرنشده ی اتمی، تا انجا که امکان پذیر است گشتاورهای دوقطبی مغناطیسی الکترون ها با هم موازی باشند. در نتیجه، بسیاری از اتم ها گشتاور مغناطیسی ای دارند که ترکیبی است از گشتاور های مغناطیسی ذاتی الکترون ها و گشتاور حاصل از حرکت ان ها به دور هسته.