آشنایی با برخی مفاهیم مغناطیسی-قسمت دوم

6. انواع مواد مغناطیسی

موادی را که اتم‌ها و مولکول‌های سازنده‌ی آن‌ها خاصیت مغناطیسی دارند، مواد مغناطیسی می‌نامند. نحوه‌ی سمت‌گیری دوقطبی‌های مغناطیسی کوچک در مواد مغناطیسی مختلف، متفاوت است. به همین دلیل مواد از لحاظ ویژگی‌های مغناطیسی نیز با هم تفاوت دارند. در ادامه، به پنج گروه مهم اشاره می‌شود.

6-1. دیامغناطیس (Diamagnetism)

مواد دیامغناطیس اجسامی‌اند که به وسیله‌ی میدان مغناطیسی رانده می‌شوند. در این مواد الکترون‌ها به صورت جفت بوده و اتم‌ها دارای گشتاور مغناطیسی دائمی نیستند. پذیرفتاری مغناطیسی (X) چنین موادی منفی و خیلی کم، در حدود 5-10 می‌باشد. تقریباً تمام گازها (جز اکسیژن) و همچنین آب، نقره، طلا، مس، الماس، گرافیت، بیسموت و بسیاری ترکیبات آلی دیامغناطیس‌اند.

6-2. پارامغناطیس (Paramagnetism)

دوقطبی‌های مغناطیسی در یک ماده‌ی پارامغناطیسی دارای سمت‌گیری مشخص و منظمی نیستند و در جهت‌های کاتوره‌ای قرار دارند. در نتیجه این مواد خاصیت مغناطیسی ندارند. اگر آن‌ها را درون یک میدان مغناطیسی (مثلاً نزدیک یک آهنربا) قرار دهیم، دوقطبی‌های کوچک مانند عقربه‌های مغناطیسی در نزدیکی آهنربا رفتار می‌کنند؛ یعنی، در راستای خط‌های میدان مغناطیسی منظم می‌شوند. هرچه میدان مغناطیسی قوی‌تر باشد، تعداد بیش‌تری از این دوقطبی‌های مغناطیسی کوچک با میدان هم‌خط می‌شوند. در نتیجه، خاصیت مغناطیسی ماده بیش‌تر می‌شود. اگر آهنربا را از این مواد دور کنیم، دوقطبی‌های مغناطیسی دوباره به سرعت به وضعیت کاتوره‌ای که در غیاب میدان داشتند، برمی‌گردند.

به این ترتیب، مواد پارامغناطیس در میدان‌های مغناطیسی قوی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند. منگنز، پلاتین، آلومینیم، فلزهای قلیایی و قلیایی خاکی، اکسیژن و اکسید ازت از جمله مواد پارامغناطیس‌اند.

6-3. مواد فرومغناطیس( Ferromagnetism)

در برخی از مواد مغناطیسی، دوقطبی‌های مغناطیسی کوچک به طور خود به خود با دوقطبی‌های مجاور خود هم‌خط می‌شوند. این گونه مواد را فرومغناطیس می‌نامند. در عمل، همه‌ی بخش‌های مغناطیسی در یک ماده‌ی فرومغناطیس در یک راستا قرار ندارند بلکه این گونه مواد از بخش‌های بسیار کوچکی با ابعاد خیلی کم‌تر از میلی‌متر تشکیل شده‌اند، به‌طوری‌که دوقطبی‌های مغناطیسی درون هر بخش به طور کامل، هم‌خط‌اند. ولی سمت‌گیری دوقطبی‌های مغناطیسی هر بخش با بخش‌های مجاور آن تفاوت دارد. هر بخش را یک حوزه‌ی مغناطیس می‌نامند.

ممکن است سمت‌گیری و اندازه‌ی حوزه‌های مغناطیسی در یک ماده‌ی فرومغناطیس به گونه‌ای باشد که در کل اثر یکدیگر را خنثی کنند و ماده در مجموع، آهنربا نباشد. این گونه مواد را می‌توان با قرار دادن در یک میدان مغناطیسی آهنربا کرد. اثر میدان مغناطیسی خارجی بر حوزه‌های مغناطیسی باعث می‌شود که دوقطبی‌های مغناطیسی هر حوزه تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار گرفته و جهت آن‌ها به جهت میدان خارجی متمایل شود. علاوه بر این حوزه‌هایی که نسبت به میدان در وضع مناسبی قرار دارند (با میدان هم‌سویند) رشد می‌کنند؛ یعنی، حجم شان زیاد می شود و در نتیجه، حوزه‌هایی که سمت‌گیری آن‌ها نسبت به میدان مناسب نیست کوچک می‌شوند؛ یعنی، مرز بین این حوزه‌ها جابه جا می‌شود، و در نتیجه ماده در مجموع خاصیت آهنربایی پیدا می‌کند.

پذیرفتاری مغناطیسی این مواد مثبت و عمدتاً در دامنه 50 تا 10000 است. آهن، کبالت، نیکل و چندین عنصر قلیایی خاکی جزء مواد فرومغناطیس می‌باشند.

6-4. آنتی‌فرومغناطیس (AntiFerromagnetism)

در مواد آنتی‌فرومغناطیس گشتاورهای مغناطیسی مجاور به صورت موازی، برابر و غیرهم‌راستا جهت‌گیری می‌کنند. این مواد در خارج از میدان مغناطیسی دارای گشتاور صفر می‌باشند. کروم، منگنز و اکسیدهای آن‌ها جزء مواد آنتی فرومغناطیس می‌باشند.

6-5. فری‌مغناطیس (FerriMagnetism)

فری‌مغناطیس یک شکل خاص از آنتی‌فرومغناطیس است که در آن گشتاورهای مغناطیسی در جهت موازی و عکس یکدیگر قرار گرفته‌اند، ولی با یکدیگر برابر نیستند و به صورت کامل یکدیگر را حذف نمی‌کنند. در مقیاس ماکروسکوپی، مواد فری‌مغناطیس مثل فرومغناطیس بوده و دارای مغناطیس شوندگی خود به خودی در زیر دمای کوری بوده و دارای منحنی پسماند می‌باشند. فریت‌های نرم با فرمول شیمیایی MO.Fe2O3 (M عنصر انتقالی است) و فریت‌های سخت با فرمول شیمیایی MO.6Fe2O3 (M=Pb, Ba, Sr) مثال‌هایی از مواد فری‌مغناطیس هستند.

شکل (6-1) دیاگرام نمادین گشتاورهای مغناطیسی در چهار نوع ماده مغناطیسی را نشان می‌دهد.

نویسنده: مریم ملک دار

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی