البارامغناطيسية و الديامغناطيسية و الفيرومغناطيسية Paramagnetic , Diamagnetic , Ferromagnetic

Posted in :

Akram Amir El Ali

January 9, 2023

البارامغناطيسـية و الديامغناطيسـية و الفيرومغناطيسـية

Paramagnetic , Diamagnetic , Ferromagnetic

هناك ثلاثة أنواع رئيسة من المواد المغناطيسية و هي البارامغناطيسـية و الديامغناطيسية (النفاذية المغناطيسية) و الفيرومفناطيسـية (المغناطيسية الحديدية). و تشير الأنواع المختلفة من المغناطيسية إلى الطريقة التي تتفاعل بها المادة مع مجال مغناطيسي خارجي. فيما يلي نظرة على هذه الأنواع الثلاثة من المغناطيسية ، وأمثلة لكل منها ، وكيفية التمييز بينها.

العوامل التي تؤثر على الأنواع المختلفة من المغناطيسية:

هعناك عدة عوامل تحدد ما إذا كانت المادة بارامغناطيسـية أو ديامغناطيسـية و فيرومفناطيسـية. ولكن العوامل الأهم التي تحدد المغناطيسية يمكن تحديدها بثلاث عوامل و هي:

دوران الإلكترون
حركة الإلكترون
والتغيير في حركة الإلكترون بواسطة مجال مغناطيسي خارجي

فكل إلكترون يحمل شحنة كهربائية، كما أن الشحنة الكهربائية المتحركة لها مجال مغناطيسي مرتبط بها، وحيث أن الإلكترونات في حالة حركة دائمة فهي أيضا تمتلك مجالات مغناطيسية. و في معظم الأحيان توجد الإلكترونات على شكل أزواج بحيث يدور إلكترون بإتجاه معاكس للإلكترون الآخر. و بالتالي تلغي المجالات المغناطيسية للإلكترونات المقترنة بعضها البعض ، ولا تترك مجالًا مغناطيسيًا محددا. و لكن عندما تكون هناك إلكترونات غير مقترنة (مفردة) فإن ذلك يتسبب بوجود مجال مغناطيسي محدد يجعلها تتفاعل مع مجال مغناطيسي خارجي.

المواد الديـامغناطيسية و البـارامغناطيسية و الفيـرومغناطيسية

إن الانواع الرئيسة للمغناطيسية التي تظهر في المواد يمكن حصرها بثلاثة أنواع و هي : البـارامغناطيسية و الديامغناطيسـية (النفاذية المغناطيسية) و الفيرومفناطيسـية (المغناطيسية الحديدية) على لرغم من وجود أنواعا أخرى من المغناطيسية و منها الفيرومغناطيسـية المضادة و الحديد مغناطيسية و البارامغناطيسـية الفائقة و الميتامغناطيسية، و لكن و للتسهيل سوف يقتصر مقالنا هنا على الأنواع الثلاث الرئيسة .

الديامغناطيسـية Diamagnetism

تُظهر جميع المواد صفة الديامغناطيسـية ، وهي الميل إلى معارضة المجال المغناطيسي المطبق بشكل ضعيف أو أنها تنافر المغناطيس. ومع ذلك ، ليست كل المواد ديامغناطيسـية لأن العمليات الأخرى يمكن أن تتغلب على خاصية الديامغناطيسية. ففي المواد الديامغناطيسية لا توجد إلكترونات فردية ، كما أن المواد المغناطيسية لا تحتفظ بخصائص مغناطيسية عند إزالة المجال المغناطيسي الخارجي. بمعنى آخر ، لا يوجد تأثير مغناطيسي دائم. و لكونها تتنافر مع المجال المغناطيسي، فإن المواد الديامغناطيسية ترتفع فوق مجال مغناطيسي.

و لكون الإلكترونات الموجودة كل منها يلغي تأثير الآخر ، فقد تتساءل عن سبب تنافر الديامغناطيسية للمغناطيس ، بدلاً من عدم تأثرها به. و الجواب هو أن المغناطيس يؤثر على الإلكترونات. فالمجال المغناطيسي الخارجي يزيد من المجالات المغناطيسية التي تتم محاذاتها عكس المجال و بالتالي يقلل من المجالات المغناطيسية المدارية التي تكون بنفس اتجاه المجال. التأثير الكلي هو لحظة مغناطيسية صغيرة لها اتجاه معاكس للحقل المطبق.

فمعظم العناصر الموجودة في الجدول الدوري ديامغناطيسية ، بما في ذلك الفلزات واللافلزات. تشمل أمثلة المواد الديامغناطيسية الهيدروجين والهيليوم والكربون والنحاس والفضة والذهب. وأيضًا ، يصبح أي موصل ديامغناطيسيا قويا في وجود مجال مغناطيسي متغير لأن الحلقات الحالية تعارض خطوط المجال المغناطيسي. و أيضًا ، الموصل الفائق ليس لديه مقاومة لتشكيل حلقات التيار ، مما يجعله مادة ديامغناطيسية مثالية.

البارامغناطيسية Paramagnetism

في المواد البارامغناطيسية و الفيرومغناطيسية توجد إلكترونات مفردة ، لذا فإن التأثيرات الأقوى للإلكترونات الفردية تتغلب على الديامغناطيسية.

تنجذب المواد البارامغناطيسيـة بشكل ضعيف إلى المغناطيس بسبب الإلكترونات المفردة والتغيير في محاذاة مسارات الإلكترون بسبب المجال المغناطيسي الخارجي. وتشكل مدارات الإلكترون حلقات حالية لا تلغي بعضها البعض ، لذا فهي تساهم بعزم مغناطيسي. كما تتناسب قوة البارامغناطيسـية مع قوة المجال المغناطيسي الخارجي. فالجاذبية المغناطيسية ليست دائمة. كما تفقد المواد البارامغناطيسية خصائصها المغناطيسية عند إزالة المغناطيس.

و تشمل أمثلة المواد البارامغناطيسية الليثيوم والأكسجين والصوديوم والمغنيسيوم والموليبدينوم والألمنيوم والبلاتين واليورانيوم.

الفيرومغناطيسية(المغناطيسية الحديدية) Ferromagnetism

تنجذب المواد الفيرومغناطيسية بقوة إلى مجال مغناطيسي خارجي ، بالإضافة إلى أنها تحتفظ بالخصائص المغناطيسية بعد إزالة المغناطيس. تمنح الإلكترونات المفردة الذرات عزم مغناطيسي صافي ولكن التجاذب يكون قويا بسبب المجالات المغناطيسية. عندما تكون المجالات غير ممغنطة ، فإنها توجه عشوائيًا ، لكن المجال المغناطيسي الخارجي يجعل العديد من العزوم المغناطيسية تحاذي مع بعضها البعض.

تشمل أمثلة المواد المغناطيسية الحديد والنيكل والكوبالت. كما أن سبائكها فرومغناطيسية، بما في ذلك الفولاذ.

المغناطيسية الحديدية المضادة Antiferromagnetism

في المغناطيسية الحديدة المضادة (المغناطيسة الحديدة المعاكسة) فإن ترتيب الأيونات المتجاورة في المادة عند درجات حرارة يجعلها غير حساسة للمجال المغناطيسي. ومع ذلك ، فوق درجة حرارة تسمى درجة حرارة نيل Néel temperature ، تتحرر بعض الذرات من المحاذاة وتصبح المادة مغناطيسية بشكل ضعيف. فأكسيد المنغنيز (MnO) والنيوديميوم النقي أمثلة على المواد المغناطيسية المضادة.

البارامغـناطيسية مقابل الديامغناطيسـية – كيف تفرق بينهما

إذا قمت بدراسة التوزيع الإلكتروني لعنصر ما ، فيمكنك التنبؤ بما إذا كان بارامغناطيسيا أم ديامغناطيسيا. ففي الذرة الديامغناطيسية، كل المدرات الفرعية للإلكترون تكون ممتلة بالإلكترونات. أما في الذرة البارامغناطيسية، فإن المدرات الفرعية تكون غير مكتملة بالإلكترونات. و المثال على ذلك البيريليوم (ديامغناطيسي) و الليثيوم (البارامغناطيسي)

Be: 1s²2s² المدارات الفرعية ممتلئة بالكامل

Li: 1s²2s¹ المدرات الفرعية غير ممتلئة

نفس المبدأ ينطبق على المركبات. فالمركب الذي يحتوي على إلكترونات مفردة يكون بارامغناطيسيا، في حين أن المركب الذي لا يحتوي على إلكترونات مفردة يكون ديامغناطيسي. فالأمونيا مثلا مثلا على المركبات الديامغناطيسية.