Πώς τα ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια επηρεάζουν τις μαγνητικές ιδιότητες ενός υλικού;
1. Electron Spin and Magnetism:
* γωνιακή ορμή: Τα ηλεκτρόνια διαθέτουν μια εγγενή ιδιότητα που ονομάζεται περιστροφική γωνιακή ορμή, η οποία μπορεί να απεικονιστεί ως το ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται στον άξονά της. Αυτή η περιστροφή δημιουργεί μια μαγνητική διπολική στιγμή, καθιστώντας ουσιαστικά κάθε ηλεκτρόνιο ένα μικροσκοπικό μαγνήτη.
* Ζεύγος και ακύρωση: Όταν δύο ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν το ίδιο τροχιακό, οι περιστροφές τους είναι αντίθετες, που αναφέρονται ως "ζευγαρωμένα" ή "spin-down". Αυτός ο αντίθετος προσανατολισμός περιστροφής προκαλεί τις μαγνητικές διπολικές στιγμές των ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων να ακυρώσουν ο ένας τον άλλον.
2. Διαμαγνητικά υλικά:
* Όλα τα ηλεκτρόνια ζευγαρωμένα: Σε διαμαγνητικά υλικά, όλα τα ηλεκτρόνια είναι ζευγαρωμένα. Δεδομένου ότι οι μαγνητικές στιγμές ακυρώνονται, αυτά τα υλικά απωθούνται ασθενώς από ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.
* Καμία καθαρή μαγνητική ροπή: Τα διαμαγνητικά υλικά δεν έχουν καθαρή μαγνητική στιγμή και επομένως δεν προσελκύονται από έναν μαγνήτη.
3. Παραμαγνητικά Υλικά:
* μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια: Τα παραμαγνητικά υλικά περιέχουν μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια. Αυτά τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια έχουν μεμονωμένες μαγνητικές στιγμές που δεν ακυρώνουν.
* Ανεξάρτητα προσελκύονται από μαγνήτες: Τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια ευθυγραμμίζουν τις μαγνητικές τους στιγμές ασθενώς με ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, καθιστώντας το υλικό ελαφρώς ελκυσμένο σε έναν μαγνήτη. Ωστόσο, αυτή η έλξη εξαφανίζεται όταν αφαιρείται το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.
4. Σιδηρομαγνητικά υλικά:
* Ισχυροί μαγνητικοί τομείς: Τα σιδηρομαγνητικά υλικά παρουσιάζουν ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες λόγω της μοναδικής ευθυγράμμισης των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε περιοχές που ονομάζονται τομείς. Αυτοί οι τομείς λειτουργούν ως μικροσκοπικοί μαγνήτες και ελλείψει εξωτερικού πεδίου, είναι τυχαία προσανατολισμένοι.
* Μόνιμος μαγνητισμός: Όταν εκτίθεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, οι τομείς ευθυγραμμίζονται, με αποτέλεσμα ένα ισχυρό μαγνητικό αποτέλεσμα που επιμένει ακόμη και μετά την αφαίρεση του πεδίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα σιδηρομαγνητικά υλικά μπορούν να γίνουν μόνιμοι μαγνήτες.
Περίληψη:
Η σύζευξη των ηλεκτρονίων διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στον προσδιορισμό των μαγνητικών ιδιοτήτων ενός υλικού. Τα διαμαγνητικά υλικά έχουν όλα τα ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα την καθαρή μαγνητική ροπή. Τα παραμαγνητικά υλικά έχουν μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια, οδηγώντας σε αδύναμη έλξη στους μαγνήτες. Τα σιδηρομαγνητικά υλικά έχουν ισχυρές μαγνητικές περιοχές που σχηματίζονται από ευθυγραμμισμένα μη συζευγμένα ηλεκτρόνια, επιτρέποντάς τους να γίνουν μόνιμοι μαγνήτες.
