مهندسی کده

موجودات زنده

یک قورباغه زنده در داخل یک سوراخ عمودی قطر 32 میلی متر از سلونوئید Bitter در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی حرکت می کند - حدود 16 تسلا

برخی ارگانیسم ها می توانند میدان های مغناطیسی را کشف کنند ، پدیده ای که به عنوان مغناطیس شناخته می شود. بعضی از مواد موجودات زنده آهن فرومغناطیسی هستند ، هرچند مشخص نیست که آیا خاصیت مغناطیسی عملکرد خاصی دارند یا فقط یک محصول جانبی حاوی آهن هستند. به عنوان مثال ، کیتون ها ، نوعی نرم تنان دریایی ، برای سخت شدن دندان های خود مگنتیت تولید می کنند و حتی انسان در بافت بدن مگنتیت تولید می کند. مغناطیس شناسی اثرات میدان های مغناطیسی را بر روی موجودات زنده بررسی می کند. زمینه هایی که به طور طبیعی توسط یک ارگانیسم تولید می شوند به عنوان مغناطیس زایی شناخته می شوند. بسیاری از ارگانیسم های بیولوژیکی عمدتا از آب ساخته شده اند و از آنجا که آب دیامغناطیس است ، میدان های مغناطیسی بسیار قوی می توانند این موجودات زنده را دفع کنند.

منشأ کوانتومی - مکانیکی مغناطیس

در حالی که می توان توضیحات ابتکاری مبتنی بر فیزیک کلاسیک را فرموله کرد ، تنها می توان با استفاده از تئوری کوانتوم ، دیا مغناطیس ، پارامغناطیس و فرو مغناطیس را به طور کامل توضیح داد. [23] [24] الگویی موفق که قبلاً در سال 1927 توسط والتر هیتلر و فریتز لندن ساخته شد ، مکانیکی کوانتومی ، نحوه تشکیل مولکولهای هیدروژن از اتمهای هیدروژن ، یعنی از اوربیتالهای هیدروژن اتمی را ایجاد کرد نمایشگر u_ {B}} u_B در هسته A و B متمرکز شده است ، به زیر مراجعه کنید. اینکه این منجر به مغناطیسی می شود ، کاملاً واضح نیست ، اما در ادامه توضیح داده خواهد شد.

طبق نظریه هایتلر - لندن ، اربیتال های به اصطلاح مولکولی دو بدن {\ displaystyle \ sigma} \ sigma تشکیل می شوند ، یعنی اوربیتال حاصل:

در اینجا آخرین محصول به این معنی است که الکترون اول ، r1 ، در یک مدار هیدروژن اتمی قرار دارد که در هسته دوم قرار دارد ، در حالی که الکترون دوم به دور هسته اول می چرخد. این پدیده "مبادله" عبارتی برای ویژگی مکانیکی کوانتوم است که ذرات با خصوصیات یکسان را نمی توان تشخیص داد. این ماده نه تنها برای تشکیل پیوندهای شیمیایی ، بلکه برای مغناطیس نیز خاص است. به این معنی که در این ارتباط اصطلاح تعامل تبادل بوجود می آید ، اصطلاحی که برای منشأ مغناطیسی ضروری است و تقریباً توسط عوامل 100 و حتی 1000 ، نسبت به انرژیهای حاصل از برهم کنش دو قطبی-دو قطبی الکترودینامیکی قوی تر است.

در مورد عملکرد چرخش {\ displaystyle \ chi (s_ {1}، s_ {2})} \ chi (s_1، s_2) ، که مسئول مغناطیس است ، ما اصل Pauli را قبلا ذکر کردیم ، یعنی یک مداری متقارن (یعنی با علامت + به شرح بالا) باید با یک تابع چرخش غیر متقارن (یعنی با علامت -) ضرب شود ، و بالعکس. بدین ترتیب:

یعنی نه تنها {\ displaystyle u_ {A}} u_A و {\ displaystyle u_ {B}} u_B باید به ترتیب با α و β جایگزین شوند (نهاد اول به معنی "چرخش بالا" است ، موجود دوم "چرخش پایین") ، اما همچنین علامت + توسط علامت - ، و در آخر ri توسط مقادیر گسسته si  "حالت منفرد" ، یعنی علامت - به معنی: چرخش ضد موازی است ، یعنی برای ماده جامد ما ضد مغناطیس داریم ، و برای مولکول های دو اتمی یکی دیا مغناطیس دارد. تمایل به ایجاد یک پیوند شیمیایی (هموپلار) (این بدان معنی است: تشکیل یک مداری مولکولی متقارن ، یعنی با علامت +) از طریق اصل Pauli به طور خودکار در یک حالت چرخش ضد متقارن (به عنوان مثال با علامت -) حاصل می شود. در مقابل ، دافعه الکترونهای کولن ، یعنی گرایشی که آنها سعی می کنند با این دافعه از یکدیگر اجتناب کنند ، منجر به عملکرد مداری ضد متقارن (یعنی با علامت -) این دو ذره و مکمل یک عملکرد چرخش متقارن می شود. (یعنی با علامت + ، یکی از اصطلاحات "توابع سه گانه"). بنابراین ، اکنون چرخش ها موازی می شوند (فرومغناطیس در یک جامد ، پارامغناطیس در گازهای دو اتمی).

آخرین گرایش ذکر شده در فلزات آهن ، کبالت و نیکل و در برخی از زمین های نادر ، که مغناطیسی هستند ، غالب است. بیشتر فلزات دیگر ، که گرایش اولین ذکر شده در آنها غالب است ، غیر مغناطیسی (به عنوان مثال سدیم ، آلومینیوم و منیزیم) یا ضد فرومغناطیسی (به عنوان مثال منگنز) هستند. گازهای دیاتومیک نیز تقریباً منحصراً دیامغناطیس هستند و از نوع مغناطیسی نیستند. با این حال ، مولکول اکسیژن ، به دلیل درگیری اوربیتال های π ، یک استثنا برای علوم علوم مهم است.

ملاحظات هایتلر - لندن را می توان کلی کرد