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Paramagnetismo

Oltre al diamagnetismo e al ferromagnetismo, esiste un'altra forma speciale di magnetismo: il cosiddetto paramagnetismo. In questo caso sono coinvolte sostanze che non hanno magnetizzazione misurabile senza un campo magnetico esterno. Quando viene introdotto un campo magnetico esterno, il materiale in questione, si magnetizza notevolmente e rafforza il suo campo magnetico interno. Esempi tipici di paramagnetismo si hanno con elementi chimici come l’ossigeno liquido, il platino o il cromo.

Come nasce il paramagnetismo?

I parametri non hanno un ordine magnetico intrinseco, cioè nessun allineamento uniforme dei momenti magnetici. Quando il campo magnetico esterno viene rimosso, l'orientamento generato viene nuovamente dissolto, poiché i momenti magnetici vengono immediatamente randomizzati a causa di movimenti termici.

Considerazione fisica del paramagnetismo

La caratteristica comune delle sostanze paramagnetiche è che la loro permeabilità magnetica μ_rr è sempre maggiore di 1 e la loro suscettibilità è:

Maggiore è la suscettibilità di una sostanza, più facile è magnetizzarla. Questo parametro per la magnetizzabilità della materia è logicamente strettamente collegato alla proprietà di come la materia si comporta in un campo magnetico esterno. La magnetizzazione M di una sostanza è proporzionale al campo magnetico esterno H:

Da un lato, i paramagneti hanno elettroni spaiati, ma dall'altro hanno ancora atomi con momenti magnetici, ad es. la causa sta nello spin degli elettroni. Quando un campo magnetico esterno agisce, i momenti magnetici si allineano nella direzione delle linee del campo magnetico, ma rimangono sempre nella loro posizione, paragonabili a molti piccoli magneti a barra fissa.

Dipendenza dalla temperatura nel paramagnetismo

A temperatura ambiente, i momenti magnetici sono casuali perché l'energia termica è maggiore dell'energia che sarebbe necessaria per capovolgere gli spin degli elettroni. È interessante notare che, a basse temperature, i paramagneti possono raggiungere un certo ordine anche senza un campo magnetico esterno. D'altra parte, sono i ferromagneti che mostrano un comportamento paramagnetico al di sopra della loro temperatura di Curie. Tali fenomeni sono descritti con le cosiddette transizioni di fase (transizioni termodinamiche). Ne consegue che la suscettività magnetica dei paramagneti è inversamente proporzionale alla temperatura secondo la costante di Curie.