Co to jest diamagnetyzm i materiały diamagnetyczne

Materiały diamagnetyczne są odpychane przez pole magnetyczne, przyłożone pole magnetyczne wytwarza w nich indukowane pole magnetyczne w przeciwnym kierunku, powodując siłę odpychania. I odwrotnie, materiały paramagnetyczne i ferromagnetyczne są przyciągane przez pole magnetyczne. W przypadku materiałów diamagnetycznych strumień magnetyczny maleje, aw przypadku materiałów paramagnetycznych strumień magnetyczny wzrasta.

Zjawisko diamagnetyzmu odkrył Sebald Justinus Brugmans, który w 1778 roku zauważył, że bizmut i antymon są odpychane przez pole magnetyczne. Termin diamagnetyzm został ukuty przez Michaela Faradaya we wrześniu 1845 r. Zdał on sobie sprawę, że wszystkie materiały faktycznie mają jakiś diamagnetyczny wpływ na zewnętrzne pola magnetyczne.

Diamagnetyzm jest prawdopodobnie najmniej znaną formą magnetyzmu, pomimo faktu, że diamagnetyzm występuje w prawie wszystkich substancjach.

Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do przyciągania magnetycznego ze względu na to, jak często materiały ferromagnetyczne i ponieważ mają ogromną podatność magnetyczną.Z drugiej strony diamagnetyzm jest prawie nieznany w życiu codziennym, ponieważ materiały diamagnetyczne na ogół mają bardzo małą podatność, a zatem siły odpychające są prawie nieistotne.

Zjawisko diamagnetyzmu jest bezpośrednią konsekwencją działania sił Lenzawystępuje, gdy substancja jest umieszczana w przestrzeni, w której występują pola magnetyczne. Substancje diamagnetyczne powodują osłabienie dowolnego zewnętrznego pola magnetycznego, w którym się znajdują. Wektor pola Lenza jest zawsze skierowany przeciwko zewnętrznemu wektorowi pola. Dzieje się tak w dowolnym kierunku, niezależnie od orientacji ciała diamagnetycznego względem przyłożonego pola.

Każde ciało wykonane z materiału diamagnetycznego nie tylko osłabia pole zewnętrzne pod wpływem reakcji Lenza, ale także doświadcza działania określonej siły, jeśli pole zewnętrzne jest niejednorodne w przestrzeni.

Ta siła, która zależy od kierunku gradientu pola i jest niezależna od kierunku samego pola, dąży do przesunięcia ciała z obszaru stosunkowo silnego pola magnetycznego do obszaru o słabszym polu, gdzie zmiany orbit elektronów będą minimalny.

Siła mechaniczna działająca na ciało diamagnetyczne w polu magnetycznym jest miarą sił atomowych, które mają tendencję do utrzymywania elektronów orbitalnych na orbitach sferycznych.

Wszystkie substancje są diamagnetyczne, ponieważ ich podstawowe składniki są atomy z orbitalnymi elektronami… Niektóre substancje tworzą zarówno pola Lenza, jak i pola spinowe. Ze względu na to, że pola spinowe są zwykle znacznie silniejsze niż pola Lenza, w przypadku występowania pól obu typów efekty wywołane polami spinowymi zwykle przeważają.

Diamagnetyzm wynikający ze zmian orbit elektronów jest zwykle słaby, ponieważ lokalne pola działające na poszczególne elektrony są znacznie silniejsze niż przyłożone pola zewnętrzne, które mają tendencję do zmiany orbit wszystkich elektronów. Ponieważ zmiany orbitalne są małe, reakcja Lenza związana z tymi zmianami jest również niewielka.

Jednocześnie diamagnetyzm jest spowodowany przypadkowym ruchem elementy plazmy, przejawia się znacznie silniej niż diamagnetyzm związany ze zmianą orbit elektronów, ponieważ jony plazmy i elektrony nie doświadczają działania dużych sił wiązania.W tym przypadku stosunkowo słabe pola magnetyczne znacznie zmieniają trajektorie cząstek.

Diamagnetyzm wielu pojedynczych mikroskopijnych cząstek poruszających się po trajektoriach różnego typu można uznać za wynik oddziaływania równoważnego obwodu prądowego otaczającego ciało, którego substancja zawiera te cząstki. Pomiar tego prądu pozwala na ilościowe określenie diamagnetyzmu.

Lewitacja diamagnetyczna:

Niektóre przykłady materiałów diamagnetycznych to woda, metaliczny bizmut, wodór, hel i inne gazy szlachetne, chlorek sodu, miedź, złoto, krzem, german, grafit, brąz i siarka.

Generalnie diamagnetyzm jest praktycznie niewidoczny, poza tzw nadprzewodniki… Tutaj efekt diamagnetyczny jest tak silny, że nadprzewodniki poruszają się nawet nad magnesem.

Do demonstracji lewitacji diamagnetycznej wykorzystano płytkę z grafitu pirolitycznego – jest to materiał wysoce diamagnetyczny, czyli materiał o bardzo ujemnej podatności magnetycznej.

Oznacza to, że w obecności pola magnetycznego materiał zostaje namagnesowany, tworząc przeciwne pole magnetyczne, które powoduje odpychanie materiału przez źródło pola magnetycznego. Jest to przeciwieństwo tego, co dzieje się z materiałami paramagnetycznymi lub ferromagnetycznymi, które są przyciągane przez źródła pola magnetycznego (np. żelazo).

Grafit pirolityczny, materiał o specjalnej strukturze nadającej mu wielki diamagnetyzm. To, w połączeniu z jego niską gęstością i silnymi polami magnetycznymi, które są osiągane za pomocą magnesy neodymowe, sprawia, że ​​zjawisko jest widoczne na tych zdjęciach.

Eksperymentalnie potwierdzono, że materiały diamagnetyczne mają:

• Względna przenikalność magnetyczna jest mniejsza niż jeden;
• Ujemna indukcja magnetyczna;
• Ujemna podatność magnetyczna, praktycznie niezależna od temperatury.

W temperaturach poniżej temperatur krytycznych, podczas przejścia substancji w stan nadprzewodzący, staje się idealnym diamagnesem:Efekt Meissnera i jego zastosowanie