آشنايي با برخي مفاهيم مغناطيسي-قسمت دوم

6. انواع مواد مغناطيسي

موادي را که اتم‌ها و مولکول‌هاي سازنده‌ي آن‌ها خاصيت مغناطيسي دارند، مواد مغناطيسي مي‌نامند. نحوه‌ي سمت‌گيري دوقطبي‌هاي مغناطيسي کوچک در مواد مغناطيسي مختلف، متفاوت است. به همين دليل مواد از لحاظ ويژگي‌هاي مغناطيسي نيز با هم تفاوت دارند. در ادامه، به پنج گروه مهم اشاره مي‌شود.

6-1. ديامغناطيس (Diamagnetism)

مواد ديامغناطيس اجسامي‌اند که به وسيله‌ي ميدان مغناطيسي رانده مي‌شوند. در اين مواد الکترون‌ها به صورت جفت بوده و اتم‌ها داراي گشتاور مغناطيسي دائمي نيستند. پذيرفتاري مغناطيسي (X) چنين موادي منفي و خيلي کم، در حدود 5-10 مي‌باشد. تقريباً تمام گازها (جز اکسيژن) و همچنين آب، نقره، طلا، مس، الماس، گرافيت، بيسموت و بسياري ترکيبات آلي ديامغناطيس‌اند.

6-2. پارامغناطيس (Paramagnetism)

دوقطبي‌هاي مغناطيسي در يک ماده‌ي پارامغناطيسي داراي سمت‌گيري مشخص و منظمي نيستند و در جهت‌هاي کاتوره‌اي قرار دارند. در نتيجه اين مواد خاصيت مغناطيسي ندارند. اگر آن‌ها را درون يک ميدان مغناطيسي (مثلاً نزديک يک آهنربا) قرار دهيم، دوقطبي‌هاي کوچک مانند عقربه‌هاي مغناطيسي در نزديکي آهنربا رفتار مي‌کنند؛ يعني، در راستاي خط‌هاي ميدان مغناطيسي منظم مي‌شوند. هرچه ميدان مغناطيسي قوي‌تر باشد، تعداد بيش‌تري از اين دوقطبي‌هاي مغناطيسي کوچک با ميدان هم‌خط مي‌شوند. در نتيجه، خاصيت مغناطيسي ماده بيش‌تر مي‌شود. اگر آهنربا را از اين مواد دور کنيم، دوقطبي‌هاي مغناطيسي دوباره به سرعت به وضعيت کاتوره‌اي که در غياب ميدان داشتند، برمي‌گردند.

به اين ترتيب، مواد پارامغناطيس در ميدان‌هاي مغناطيسي قوي خاصيت مغناطيسي پيدا مي‌کنند. منگنز، پلاتين، آلومينيم، فلزهاي قليايي و قليايي خاکي، اکسيژن و اکسيد ازت از جمله مواد پارامغناطيس‌اند.

6-3. مواد فرومغناطيس( Ferromagnetism)

در برخي از مواد مغناطيسي، دوقطبي‌هاي مغناطيسي کوچک به طور خود به خود با دوقطبي‌هاي مجاور خود هم‌خط مي‌شوند. اين گونه مواد را فرومغناطيس مي‌نامند. در عمل، همه‌ي بخش‌هاي مغناطيسي در يک ماده‌ي فرومغناطيس در يک راستا قرار ندارند بلکه اين گونه مواد از بخش‌هاي بسيار کوچکي با ابعاد خيلي کم‌تر از ميلي‌متر تشکيل شده‌اند، به‌طوري‌که دوقطبي‌هاي مغناطيسي درون هر بخش به طور کامل، هم‌خط‌اند. ولي سمت‌گيري دوقطبي‌هاي مغناطيسي هر بخش با بخش‌هاي مجاور آن تفاوت دارد. هر بخش را يک حوزه‌ي مغناطيس مي‌نامند.

ممکن است سمت‌گيري و اندازه‌ي حوزه‌هاي مغناطيسي در يک ماده‌ي فرومغناطيس به گونه‌اي باشد که در کل اثر يکديگر را خنثي کنند و ماده در مجموع، آهنربا نباشد. اين گونه مواد را مي‌توان با قرار دادن در يک ميدان مغناطيسي آهنربا کرد. اثر ميدان مغناطيسي خارجي بر حوزه‌هاي مغناطيسي باعث مي‌شود که دوقطبي‌هاي مغناطيسي هر حوزه تحت تأثير ميدان مغناطيسي قرار گرفته و جهت آن‌ها به جهت ميدان خارجي متمايل شود. علاوه بر اين حوزه‌هايي که نسبت به ميدان در وضع مناسبي قرار دارند (با ميدان هم‌سويند) رشد مي‌کنند؛ يعني، حجم شان زياد مي شود و در نتيجه، حوزه‌هايي که سمت‌گيري آن‌ها نسبت به ميدان مناسب نيست کوچک مي‌شوند؛ يعني، مرز بين اين حوزه‌ها جابه جا مي‌شود، و در نتيجه ماده در مجموع خاصيت آهنربايي پيدا مي‌کند.

پذيرفتاري مغناطيسي اين مواد مثبت و عمدتاً در دامنه 50 تا 10000 است. آهن، کبالت، نيکل و چندين عنصر قليايي خاکي جزء مواد فرومغناطيس مي‌باشند.

6-4. آنتي‌فرومغناطيس (AntiFerromagnetism)

در مواد آنتي‌فرومغناطيس گشتاورهاي مغناطيسي مجاور به صورت موازي، برابر و غيرهم‌راستا جهت‌گيري مي‌کنند. اين مواد در خارج از ميدان مغناطيسي داراي گشتاور صفر مي‌باشند. کروم، منگنز و اکسيدهاي آن‌ها جزء مواد آنتي فرومغناطيس مي‌باشند.

6-5. فري‌مغناطيس (FerriMagnetism)

فري‌مغناطيس يک شکل خاص از آنتي‌فرومغناطيس است که در آن گشتاورهاي مغناطيسي در جهت موازي و عکس يکديگر قرار گرفته‌اند، ولي با يکديگر برابر نيستند و به صورت کامل يکديگر را حذف نمي‌کنند. در مقياس ماکروسکوپي، مواد فري‌مغناطيس مثل فرومغناطيس بوده و داراي مغناطيس شوندگي خود به خودي در زير دماي کوري بوده و داراي منحني پسماند مي‌باشند. فريت‌هاي نرم با فرمول شيميايي MO.Fe2O3 (M عنصر انتقالي است) و فريت‌هاي سخت با فرمول شيميايي MO.6Fe2O3 (M=Pb, Ba, Sr) مثال‌هايي از مواد فري‌مغناطيس هستند.

شکل (6-1) دياگرام نمادين گشتاورهاي مغناطيسي در چهار نوع ماده مغناطيسي را نشان مي‌دهد.