Mitä on diamagnetismi ja diamagneettiset materiaalit

Diamagneettiset materiaalit hylkivät magneettikentän vaikutuksesta, kohdistettu magneettikenttä luo niihin vastakkaiseen suuntaan indusoidun magneettikentän aiheuttaen hylkivän voiman. Sitä vastoin magneettikenttä vetää puoleensa paramagneettisia ja ferromagneettisia materiaaleja. Diamagneettisten materiaalien magneettivuo pienenee ja paramagneettisten materiaalien magneettivuo kasvaa.

Diamagnetismin ilmiön löysi Sebald Justinus Brugmans, joka vuonna 1778 huomasi, että magneettikentät hylkivät vismuttia ja antimonia. Termin diamagnetismi loi Michael Faraday syyskuussa 1845. Hän tajusi, että kaikilla materiaaleilla on itse asiassa jonkinlainen diamagneettinen vaikutus ulkoisiin magneettikenttiin.

Diamagnetismi on luultavasti vähiten tunnettu magnetismin muoto, vaikka diamagnetismia esiintyy lähes kaikissa aineissa.

Olemme kaikki tottuneet magneettiseen vetovoimaan sen vuoksi, kuinka usein ferromagneettisia materiaaleja ja koska niillä on valtava magneettinen herkkyys.Toisaalta diamagnetismi on lähes tuntematon jokapäiväisessä elämässä, koska diamagneettisilla materiaaleilla on yleensä hyvin vähän herkkyyttä ja siksi hylkivät voimat ovat lähes mitättömiä.

Diamagnetismin ilmiö on suora seuraus Lenzin joukkojen toimettapahtuu, kun aine sijoitetaan tilaan, jossa on magneettikenttiä. Diamagneettiset aineet heikentävät minkä tahansa ulkoisen magneettikentän, jossa ne sijaitsevat. Lenzin kenttävektori on aina suunnattu ulkoisesti käytettyä kenttävektoria vastaan. Tämä pätee mihin tahansa suuntaan, riippumatta diamagneettisen kappaleen suunnasta suhteessa käytettyyn kenttään.

Mikä tahansa diamagneettisesta materiaalista valmistettu kappale ei ainoastaan ​​heikennä ulkoista kenttää Lenzin reaktion vaikutuksesta, vaan myös kokee tietyn voiman vaikutuksen, jos ulkoinen kenttä on epätasainen avaruudessa.

Tämä voima, joka riippuu kenttägradientin suunnasta ja on riippumaton itse kentän suunnasta, pyrkii siirtämään kehon suhteellisen vahvan magneettikentän alueelta heikomman kentän alueelle, jossa elektronien radat muuttuvat. minimaalinen.

Diamagneettiseen kappaleeseen magneettikentässä vaikuttava mekaaninen voima on mitta atomivoimista, jotka pyrkivät pitämään kiertoradan elektronit pallomaisilla kiertoradoilla.

Kaikki aineet ovat diamagneettisia, koska niiden perusaineosat ovat atomit kiertoradan elektronien kanssa… Jotkut aineet luovat sekä Lenz-kenttiä että spin-kenttiä. Koska spin-kentät ovat yleensä paljon voimakkaampia kuin Lenz-kentät, molempien tyyppisten kenttien esiintyessä spin-kentistä johtuvat vaikutukset ovat yleensä vallitsevia.

Elektronien kiertoradan muutoksista johtuva diamagnetismi on yleensä heikkoa, koska yksittäisiin elektroneihin vaikuttavat paikalliset kentät ovat paljon voimakkaampia kuin käytetyt ulkoiset kentät, joilla on taipumus muuttaa kaikkien elektronien kiertoradat. Koska kiertoradan muutokset ovat pieniä, myös näihin muutoksiin liittyvä Lenzin reaktio on pieni.

Samaan aikaan diamagnetismi johtuu satunnaisesta liikkeestä plasma elementtejä, ilmenee paljon voimakkaammin kuin elektronien kiertoradan muutokseen liittyvä diamagnetismi, koska plasma-ionit ja elektronit eivät koe suuria sidosvoimia, jolloin suhteellisen heikot magneettikentät muuttavat merkittävästi hiukkasten liikeratoja.

Monien erityyppisiä lentoratoja pitkin liikkuvien yksittäisten mikroskooppisten hiukkasten diamagnetismia voidaan pitää seurauk- sena vastaavan virtapiirin vaikutuksesta, joka ympäröi kehoa, jonka aine sisältää näitä hiukkasia. Tämän virran mittaaminen mahdollistaa diamagnetismin kvantifioinnin.

Diamagneettinen levitaatio:

Joitakin esimerkkejä diamagneettisista materiaaleista ovat vesi, metallivismutti, vety, helium ja muut jalokaasut, natriumkloridi, kupari, kulta, pii, germanium, grafiitti, pronssi ja rikki.

Yleensä diamagnetismi on käytännössä näkymätöntä, paitsi ns suprajohteet… Tässä diamagneettinen vaikutus on niin voimakas, että suprajohteet liikkuvat jopa magneetin päällä.

Diamagneettisen levitaation esittelyssä käytettiin pyrolyyttistä grafiittilevyä - se on erittäin diamagneettista materiaalia, toisin sanoen materiaalia, jolla on erittäin negatiivinen magneettinen herkkyys.

Tämä tarkoittaa, että magneettikentän läsnäollessa materiaali magnetoituu, jolloin syntyy vastakkainen magneettikenttä, joka saa materiaalin hylkimään magneettikentän lähteen. Tämä on päinvastoin kuin paramagneettisille tai ferromagneettisille materiaaleille, joita magneettikentän lähteet (esim. rauta) houkuttelevat.

Pyrolyyttinen grafiitti, materiaali, jolla on erityinen rakenne, joka antaa sille suuren diamagnetismin. Tämä yhdistettynä sen alhaiseen tiheyteen ja voimakkaisiin magneettikenttiin, jotka saavutetaan neodyymimagneetit, tekee ilmiön näkyväksi sellaisena kuin se on näissä kuvissa.

On kokeellisesti vahvistettu, että diamagneettisilla materiaaleilla on:

• Suhteellinen magneettinen permeabiliteetti on pienempi kuin yksi;
• Negatiivinen magneettinen induktio;
• Negatiivinen magneettinen herkkyys, käytännössä lämpötilasta riippumaton.

Kriittisten lämpötilojen alapuolella, aineen siirtyessä suprajohtavaan tilaan siitä tulee ihanteellinen diamagneetti:Meissner-ilmiö ja sen käyttö