Hvad er diamagnetisme og diamagnetiske materialer

Diamagnetiske materialer frastødes af et magnetfelt, det påførte magnetfelt skaber et induceret magnetfelt i dem i den modsatte retning, hvilket forårsager en frastødende kraft. Omvendt tiltrækkes paramagnetiske og ferromagnetiske materialer af et magnetfelt. For diamagnetiske materialer falder den magnetiske flux, og for paramagnetiske materialer stiger den magnetiske flux.

Fænomenet diamagnetisme blev opdaget af Sebald Justinus Brugmans, som i 1778 bemærkede, at bismuth og antimon blev frastødt af magnetiske felter. Udtrykket diamagnetisme blev opfundet af Michael Faraday i september 1845. Han indså, at alle materialer faktisk har en form for diamagnetisk effekt på eksterne magnetfelter.

Diamagnetisme er nok den mindst kendte form for magnetisme, på trods af at diamagnetisme forekommer i næsten alle stoffer.

Vi er alle vant til magnetisk tiltrækning på grund af hvor ofte ferromagnetiske materialer og da de har enorm magnetisk modtagelighed.På den anden side er diamagnetisme næsten ukendt i hverdagen, fordi diamagnetiske materialer generelt har meget lidt modtagelighed, og derfor er frastødende kræfter næsten ubetydelige.

Fænomenet diamagnetisme er en direkte konsekvens af Lenz-styrkernes handlingeropstår, når et stof placeres i et rum, hvor der er magnetiske felter. Diamagnetiske stoffer forårsager svækkelse af ethvert eksternt magnetfelt, hvori de er placeret. Lenz-feltvektoren er altid rettet mod den eksternt påførte feltvektor. Dette gælder i enhver retning, uanset orienteringen af ​​det diamagnetiske legeme i forhold til det påførte felt.

Ethvert legeme lavet af diamagnetisk materiale svækker ikke kun det ydre felt på grund af påvirkningen af ​​Lenz-reaktionen, men oplever også virkningen af ​​en vis kraft, hvis det ydre felt er uensartet i rummet.

Denne kraft, som afhænger af retningen af ​​feltgradienten og er uafhængig af retningen af ​​selve feltet, har en tendens til at flytte kroppen fra området med relativt stærkt magnetfelt til området med svagere felt - hvor ændringer i elektronbaner vil være minimal.

Den mekaniske kraft, der virker på et diamagnetisk legeme i et magnetfelt, er et mål for de atomare kræfter, der har tendens til at holde orbitalelektronerne i sfæriske baner.

Alle stoffer er diamagnetiske, fordi deres grundlæggende bestanddele er atomer med orbitale elektroner… Nogle stoffer skaber både Lenz-felter og spin-felter. På grund af det faktum, at spin-felter normalt er meget stærkere end Lenz-felter, når felter af begge typer forekommer, dominerer effekterne på grund af spin-felter normalt.

Diamagnetisme som følge af ændringer i elektronbaner er normalt svag, fordi de lokale felter, der virker på individuelle elektroner, er meget stærkere end de påførte eksterne felter, som har en tendens til at ændre alle elektronernes baner. Da orbitalændringerne er små, er Lenz-reaktionen forbundet med disse ændringer også lille.

Samtidig skyldes diamagnetisme tilfældig bevægelse plasma elementer, manifesterer sig meget stærkere end diamagnetisme forbundet med en ændring i elektronbaner, da plasmaioner og elektroner ikke oplever virkningen af ​​store bindingskræfter.I dette tilfælde ændrer relativt svage magnetfelter partikelbanerne markant.

Diamagnetismen af ​​mange individuelle mikroskopiske partikler, der bevæger sig langs baner af forskellige typer, kan betragtes som et resultat af påvirkningen af ​​det ækvivalente strømkredsløb, der omgiver kroppen, hvis substans indeholder disse partikler. Måling af denne strøm gør det muligt at kvantificere diamagnetismen.

Diamagnetisk levitation:

Nogle eksempler på diamagnetiske materialer er vand, metallet bismuth, brint, helium og andre ædelgasser, natriumchlorid, kobber, guld, silicium, germanium, grafit, bronze og svovl.

Generelt er diamagnetisme praktisk talt usynlig, bortset fra den såkaldte superledere… Her er den diamagnetiske effekt så stærk, at superledere bevæger sig endda over en magnet.

Demonstrationen af ​​diamagnetisk levitation brugte en plade af pyrolytisk grafit - det er et meget diamagnetisk materiale, det vil sige et materiale med en meget negativ magnetisk modtagelighed.

Det betyder, at i nærvær af et magnetfelt, bliver materialet magnetiseret, hvilket skaber et modsat magnetfelt, der får materialet til at blive frastødt af kilden til det magnetiske felt. Dette er det modsatte af, hvad der sker med paramagnetiske eller ferromagnetiske materialer, der tiltrækkes af magnetfeltkilder (f.eks. jern).

Pyrolytisk grafit, et materiale med en speciel struktur, der giver det stor diamagnetisme. Dette kombineret med dens lave tæthed og de stærke magnetiske felter, der opnås med neodym magneter, gør fænomenet synligt, som det er på disse billeder.

Det er eksperimentelt blevet bekræftet, at diamagnetiske materialer har:

• Den relative magnetiske permeabilitet er mindre end én;
• Negativ magnetisk induktion;
• Negativ magnetisk modtagelighed, praktisk talt uafhængig af temperatur.

Ved temperaturer under kritiske temperaturer, under overgangen af ​​et stof til en superledende tilstand, bliver det en ideel diamagnet:Meissner-effekten og dens anvendelse