Βάτραχος στο μαγνητικό πεδίο
Το μαγνητικό πεδίο είναι η ζώνη στην οποία η δύναμη του μαγνητισμού λειτουργεί γύρω από μια μαγνητική ουσία ή ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο.
Οι μαγνητικές δυνάμεις μπορούν να παρατηρηθούν σε ένα μαγνητικό πεδίο, ένα διανυσματικό πεδίο κοντά σε έναν μαγνήτη, ένα ηλεκτρικό ρεύμα ή ένα ηλεκτρικό πεδίο που αλλάζει. Τα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία και οι εγγενείς μαγνητικές ροπές των πρωτογενών σωματιδίων, που συνδέονται με ένα θεμελιώδες κβαντικό χαρακτηριστικό γνωστό ως σπιν, συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα μαγνητικό πεδίο. Τόσο το μαγνητικό όσο και το ηλεκτρικό πεδίο είναι συστατικά της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.
Ιδιότητες των γραμμών μαγνητικού πεδίου
- Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου δεν επικαλύπτονται ποτέ.
- Η πυκνότητα των γραμμών πεδίου καθορίζει την ισχύ του πεδίου.
- Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου σχηματίζουν πάντα κλειστούς βρόχους.
- Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου ξεκινούν πάντα από τον βόρειο πόλο και καταλήγουν στο νότιο πόλο.
Μαγνητική ευαισθησία
Η μαγνητική επιδεκτικότητα μιας ουσίας είναι ένα μέτρο του μαγνητισμού της σε ένα εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο. Είναι ο λόγος της εφαρμοζόμενης έντασης μαγνητιστικού πεδίου H προς τη μαγνήτιση M (μαγνητική ροπή ανά μονάδα όγκου). Συμβολίζεται με το σύμβολο «χ». Αυτό μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο κατηγορίες:
- Ο παραμαγνητισμός είναι μια ευθυγράμμιση με το μαγνητικό πεδίο που είναι μεγαλύτερο από μηδέν,
( χ> 0).
- Ο διαμαγνητισμός είναι μια ευθυγράμμιση με το μαγνητικό πεδίο που είναι μικρότερο από το μηδέν,
(χ <0).
Διαμαγνητικό υλικό
Τα διαμαγνητικά υλικά μπορούν να οριστούν ως το υλικό που απωθεί το μαγνητικό πεδίο, καθώς προκαλεί ένα μαγνητικό πεδίο προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Διαμαγνητισμός παρατηρείται σε όλα τα υλικά και είναι από τις πιο αδύναμες δυνάμεις.
Μερικά από τα παραδείγματα διαμαγνητικού υλικού είναι το ξύλο, το νερό και οι περισσότερες οργανικές ενώσεις, όπως το πετρέλαιο και ορισμένα πλαστικά και μερικά άλλα μέταλλα, όπως ο χαλκός, ο υδράργυρος και ο χρυσός.
Τα οργανικά υλικά όπως τα ζωντανά κύτταρα έχουν επίσης διαμαγνητικές ιδιότητες, αν και είναι ασθενώς διαμαγνητικές.
Υπεραγωγοί
Οι υπεραγωγοί είναι οι ιδανικοί διαμαγνήτες επειδή ακολουθούν το φαινόμενο Meissner, το οποίο αναγκάζει τους υπεραγωγούς να εκτινάξουν όλα τα μαγνητικά πεδία.
Αιώρηση και Μαγνητικό Πεδίο
Ένα διαμαγνητικό υλικό μπορεί να αιωρείται χωρίς ισχύ σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο ισορροπίας. Το θεώρημα του Earnshaw φαίνεται να αποκλείει τη στατική μαγνητική αιώρηση ως πιθανότητα. Ισχύει μόνο για θετικές ευαισθησίες, όπως οι σιδηρομαγνήτες (που έχουν μόνιμη θετική ροπή) και οι παραμαγνήτες (που προκαλούν μια θετική ροπή). Τα μέγιστα πεδίου, που δεν υπάρχουν στον ελεύθερο χώρο, προσελκύουν αυτά τα είδη. Επειδή τα ελάχιστα πεδίου προσελκύουν διαμαγνήτες (που δημιουργούν μια αρνητική ροπή), μπορούν να υπάρχουν σε ελεύθερο χώρο. Όταν μια λεπτή φέτα πυρολυτικού γραφίτη εκτίθεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, η φέτα του πυρολυτικού γραφίτη αρχίζει να αιωρείται.
Βάτραχος στο μαγνητικό πεδίο
Μια ασθενής διαμαγνητική ιδιότητα υπάρχει στο ζωντανό κύτταρο. Επομένως, όταν ένας βάτραχος υποβάλλεται σε μαγνητικό πεδίο, ο βάτραχος αρχίζει να αιωρείται λόγω της διαμαγνητικής ιδιότητας στο ζωντανό κύτταρο.
Ομοίως, το Jet Propulsion Laboratory (JPL) της NASA στην Πασαντένα της Καλιφόρνια, αποκάλυψε τον Σεπτέμβριο του 2009 ότι αιώρησε επιτυχώς ποντίκια χρησιμοποιώντας έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη, κάτι που ήταν ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός επειδή τα ποντίκια είναι φυσιολογικά πιο κοντά στον άνθρωπο από τους βατράχους.
Θεωρία αιώρησης
Τα ηλεκτρόνια εγκαθίστανται σε τροχιακά με σχεδόν μικρή αντίσταση στα περισσότερα υλικά, σχηματίζοντας βρόχους ρεύματος. Επειδή, παρόμοια με τους υπεραγωγούς, που είναι πρακτικά τέλειοι διαμαγνήτες, οποιοδήποτε εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο θα δημιουργούσε ρεύματα σε αυτούς τους βρόχους που θα αντιτίθεντο στην αλλαγή. Πολλά υλικά εμφανίζουν διαμαγνητισμό, ωστόσο ανταποκρίνονται ελάχιστα στα εφαρμοσμένα πεδία, επειδή τα ηλεκτρόνια εγκλωβίζονται σοβαρά σε τροχιακά από το φορτίο των πρωτονίων και περιορίζονται περαιτέρω από την αρχή του αποκλεισμού Pauli.
Το θεώρημα Bohr–Van Leeuwen δηλώνει ότι ούτε ο διαμαγνητισμός ούτε ο παραμαγνητισμός μπορούν να υπάρχουν σε ένα απόλυτα κλασικό σύστημα. Αντίθετα, η κλασική θεωρία Langevin του διαμαγνητισμού κάνει την ακριβή πρόβλεψη ως προς την κβαντική θεωρία.
Συμπέρασμα
Το μαγνητικό πεδίο είναι όπου η δύναμη του μαγνητισμού λειτουργεί γύρω από μια μαγνητική ουσία ή ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο. Τα διαμαγνητικά υλικά μπορούν να οριστούν ως το υλικό που απωθεί το μαγνητικό πεδίο. Όταν ένας βάτραχος υποβάλλεται σε μαγνητικό πεδίο, ο βάτραχος αρχίζει να αιωρείται λόγω της διαμαγνητικής ιδιότητας στο ζωντανό κύτταρο.
