反磁性は、答えの一つであり、外部磁場の存在下で問題です。それはこの磁場と反対または反対であることを特徴とし、通常、それが材料の唯一の磁気応答でない限り、その強度はすべての中で最も弱いです。
材料が磁石に与える唯一の反発効果である場合、その材料は反磁性と見なされます。それが何であるかに応じて、他の磁気効果が支配的である場合、それは常磁性または強磁性と見なされます。
反磁性材料であるビスマス。出典：Pixabay。
Sebald Brugmansは1778年に、特にビスマスやアンチモンなどの元素で明らかな、磁石の極と材料の一部の間の反発力に初めて言及したとされています。
その後、1845年にマイケルファラデーはこの影響をより詳細に研究し、すべての物質に固有の特性であると結論付けました。
反磁性材料とその応答
ビスマスとアンチモン、およびその他の金、銅、ヘリウム、水や木材などの物質の磁気的振る舞いは、磁石が鉄、ニッケル、またはコバルト。
一般に低強度の応答であるにもかかわらず、十分に強い外部磁場に直面した場合、反磁性材料は、生きている有機物であっても、非常に顕著な反対の磁化を経験することができます。
16テスラ（すでに1テスラは非常に強いと見なされています）の強さの磁場を生成することにより、オランダのアムステルダムにあるナイメーヘン高磁場磁石研究所の研究者は、1990年代にイチゴ、ピザ、カエルを磁気浮上させることができました。
反磁性と十分に強い磁場のおかげで、小さな磁石を人の指の間に浮上させることも可能です。磁場はそれ自体、小さな磁石を力で引き付けることができる磁力を発揮し、この力を重量で補うように試みることができますが、小さな磁石は非常に安定したままではありません。
それが最小の変位を経験するとすぐに、大きな磁石によって及ぼされる力は、それを急速に引き付けます。しかし、人間の指が磁石の間に入ると、小さな磁石が安定し、人の親指と人差し指の間を浮上します。魔法は、指の反磁性によって引き起こされる反発効果によるものです。
問題の磁気応答の起源は何ですか？
外部磁場の作用に対するあらゆる物質の基本的な応答である反磁性の起源は、原子が電荷を持つ原子以下の粒子で構成されているという事実にあります。
これらの粒子は静的ではなく、それらの動きが磁場を生成する原因となります。もちろん、物質はそれらでいっぱいです、そしてあなたは常に鉄化合物だけでなくどんな物質でもある種の磁気応答を期待することができます。
電子は主に物質の磁気特性の原因です。非常に単純なモデルでは、この粒子は均一な円運動で原子核を周回すると仮定できます。これは、電子が磁場を生成できる電流の小さなループのように動作するのに十分です。
この効果による磁化は軌道磁化と呼ばれます。しかし、電子は原子の磁性に追加の貢献をしています：固有の角運動量です。
固有角運動量の起源を説明するアナロジーは、電子がその軸の周りを回転運動する、スピンと呼ばれる特性を持つと仮定することです。
運動であり、荷電粒子であるスピンは、いわゆるスピン磁化にも寄与します。
両方の寄与により、正味の磁化または結果として生じる磁化が生じますが、最も重要なのは、スピンによるものです。原子核の陽子は、電荷とスピンを持っていますが、原子の磁化にはあまり寄与していません。
反磁性材料では、軌道モーメントとスピンモーメントの両方の寄与が相殺されるため、結果として生じる磁化はゼロです。1つ目はレンツの法則によるもの、2つ目は軌道の電子が反対のスピンとペアで確立され、シェルが偶数の電子で満たされるためです。
物質の磁性
反磁性効果は、軌道磁化が外部磁場の影響を受けるときに発生します。このようにして得られた磁化はMで表され、ベクトルです。
磁場がどこに向けられているかに関係なく、誘導電流がループを通る磁束の変化に対抗するというレンツの法則のおかげで、反磁性応答は常に反発的です。
しかし、材料に何らかの種類の永久磁化が含まれている場合、常磁性や強磁性の場合のように、応答は魅力的です。
説明された効果を定量化するために、内部で磁化Mが発生する等方性材料に適用される外部磁場Hを考えます（その特性は空間のどの点でも同じです）。結果、磁気誘導内に作成Bの間で起こる相互作用の結果として、HおよびM。
これらの量はすべてベクトルです。BとMは、材料の透磁率μと磁化率andであるHに比例します。それぞれの比例定数は、外部の磁気の影響に対する物質の特定の応答を示します。
B =μ H
材料の磁化もHに比例します。
M =χ H
上記の方程式はcgsシステムで有効です。両方のBとHとMは、異なるユニットが、同じ寸法を有します。以下のためにBガウスは、このシステム及びために使用さH用いられるエルステッド。これを行う理由は、外部から適用されるフィールドを、マテリアル内で生成されるフィールドと区別するためです。
一般的に使用されるものである国際システムでは、最初の方程式は多少異なる外観をとります。
B =μ または μ R H
μ oは 4π×10 -7 TM / A（テスラメータ/アンペア）と等価であり、μ空き空間の透磁率であり、Rは無次元である真空、を参照して、媒体の比透磁率です。
材料の反磁性特性を記述するのに最も適した特性である磁化率termsに関して、この方程式は次のように記述されます。
B =（1 +χ）μ またはH
μr = 1 + With
インターナショナルシステムでは、Bはテスラ（T）ですが、Hは、かつてレンツと呼ばれると考えられていた単位であるアンペア/メートルで表されますが、これまでは基本単位として残されています。
χが負である材料では、それらは反磁性と見なされます。また、これらの物質のχは温度に関係なく一定の値と見なすことができるため、これらの物質を特徴付けることは良いパラメータです。これは、より多くの磁気応答を持つ材料には当てはまりません。
通常、χは-10 -6から-10 -5のオーダーです。超伝導体の特性はχ= -1であるため、内部磁場は完全にキャンセルされます（マイスナー効果）。
それらは完全な反磁性材料であり、反磁性は弱い応答ではなくなり、最初に説明したように物体を浮上させるのに十分強くなります。
アプリケーション：脳磁図および水処理
生物は水と有機物でできており、その磁性に対する反応は一般に弱いです。しかし、私たちが言ったように、反磁性は有機物を含む物質の本質的な部分です。
小さな電流が人や動物の内部を循環し、疑いもなく磁気効果を生み出します。この瞬間、読者がこれらの言葉を目で追っている間、小さな電流が脳内を循環し、情報にアクセスして解釈することができます。
脳で発生する弱い磁化は検出可能です。この手法は磁気脳波記録法として知られており、SQUID（超伝導量子干渉デバイス）と呼ばれる検出器を使用して、10 -15 T 程度の非常に小さな磁場を検出します。
SQUIDは、脳活動の発生源を非常に正確に特定できます。ソフトウェアは、取得したデータを収集し、それを脳活動の詳細なマップに変換する役割を果たします。
外部磁場は何らかの方法で脳に影響を与える可能性があります。いくら？最近のいくつかの研究では、約1 Tのかなり強い磁場が頭頂葉に影響を与え、短時間の脳活動の一部を妨害する可能性があることが示されています。
一方、ボランティアが4 Tの強度を生み出す磁石の内部で40時間過ごした他の人たちは、目に見える悪影響をまったく受けずに去っていきました。少なくともオハイオ大学は、これまでのところ8 Tのフィールド内に留まるリスクはないと指摘しています。
バクテリアなどの一部の生物は、マグネタイトの小さな結晶を組み込むことができ、それらを使用して地球の磁場内で自分自身を配向させます。マグネタイトは、蜂や鳥など、同じ目的で使用するより複雑な生物にも見られます。
人体に磁性ミネラルはありますか？はい、マグネタイトは人間の脳で見つかっていますが、その目的は不明です。これは非推奨のスキルであると推測できます。
水処理に関しては、堆積物は基本的に反磁性物質であるという事実に基づいています。強い磁場を使用して、炭酸カルシウムの堆積物、石膏、塩、および水中で硬度を引き起こし、パイプやコンテナに蓄積するその他の物質を除去できます。
これは、環境を保護し、パイプを長期間、低コストで良好な状態に保つための多くの利点を持つシステムです。
参考文献
- Eisberg、R。1978。量子物理学。リムサ。557 -577。
- 若い、ヒュー。2016年。シアーズゼマンスキーの大学物理学と現代物理学。第14版ピアソン。942
- Zapata、F.（2003）。メスバウアー磁化率と分光法の測定を使用した、グアフィータフィールド（アピュアステート）に属するグアフィータ8x油井に関連する鉱物学の研究。学位論文。ベネズエラの中央大学。