Hva er diamagnetisme og diamagnetiske materialer

Diamagnetiske materialer frastøtes av et magnetfelt, det påførte magnetfeltet skaper et indusert magnetfelt i dem i motsatt retning, og forårsaker en frastøtende kraft. Omvendt tiltrekkes paramagnetiske og ferromagnetiske materialer av et magnetfelt. For diamagnetiske materialer avtar den magnetiske fluksen, og for paramagnetiske materialer øker den magnetiske fluksen.

Fenomenet diamagnetisme ble oppdaget av Sebald Justinus Brugmans, som i 1778 la merke til at vismut og antimon ble frastøtt av magnetiske felt. Begrepet diamagnetisme ble laget av Michael Faraday i september 1845. Han innså at alle materialer faktisk har en slags diamagnetisk effekt på eksterne magnetiske felt.

Diamagnetisme er trolig den minst kjente formen for magnetisme, til tross for at diamagnetisme forekommer i nesten alle stoffer.

Vi er alle vant til magnetisk tiltrekning på grunn av hvor ofte ferromagnetiske materialer og siden de har enorm magnetisk mottakelighet.På den annen side er diamagnetisme nesten ukjent i hverdagen fordi diamagnetiske materialer generelt har svært liten mottakelighet og derfor er frastøtende krefter nesten ubetydelige.

Fenomenet diamagnetisme er en direkte konsekvens av handlingene til Lenz-styrkeneoppstår når et stoff plasseres i et rom der det er magnetiske felt. Diamagnetiske stoffer forårsaker svekkelse av ethvert eksternt magnetfelt de befinner seg i. Lenz-feltvektoren er alltid rettet mot den eksternt påførte feltvektoren. Dette gjelder i alle retninger, uavhengig av orienteringen til det diamagnetiske legemet i forhold til det påførte feltet.

Ethvert legeme laget av diamagnetisk materiale svekker ikke bare det ytre feltet på grunn av påvirkningen av Lenz-reaksjonen, men opplever også virkningen av en viss kraft hvis det ytre feltet er uensartet i rommet.

Denne kraften, som avhenger av retningen til feltgradienten og er uavhengig av retningen til selve feltet, har en tendens til å flytte kroppen fra området med relativt sterkt magnetfelt til området med svakere felt - der endringer i elektronbaner vil være minimal.

Den mekaniske kraften som virker på et diamagnetisk legeme i et magnetfelt er et mål på atomkreftene som har en tendens til å holde orbitalelektronene i sfæriske baner.

Alle stoffer er diamagnetiske fordi deres grunnleggende bestanddeler er det atomer med orbitale elektroner… Noen stoffer skaper både Lenz-felt og spinnfelt. På grunn av det faktum at spinnfelt vanligvis er mye sterkere enn Lenz-felt, når felt av begge typer oppstår, dominerer vanligvis effektene på grunn av spinnfelt.

Diamagnetisme som følge av endringer i elektronbaner er vanligvis svak fordi de lokale feltene som virker på individuelle elektroner er mye sterkere enn de påførte ytre feltene, som har en tendens til å endre banene til alle elektronene. Siden baneendringene er små, er Lenz-reaksjonen knyttet til disse endringene også liten.

Samtidig skyldes diamagnetisme tilfeldig bevegelse plasmaelementer, manifesterer seg mye sterkere enn diamagnetisme forbundet med en endring i elektronbaner, siden plasmaioner og elektroner ikke opplever virkningen av store bindingskrefter.I dette tilfellet endrer relativt svake magnetiske felt partikkelbanene betydelig.

Diamagnetismen til mange individuelle mikroskopiske partikler som beveger seg langs baner av forskjellige typer kan betraktes som et resultat av påvirkningen av den ekvivalente strømkretsen som omgir kroppen hvis substans inneholder disse partiklene. Ved å måle denne strømmen kan diamagnetismen kvantifiseres.

Diamagnetisk levitasjon:

Noen eksempler på diamagnetiske materialer er vann, metallet vismut, hydrogen, helium og andre edle gasser, natriumklorid, kobber, gull, silisium, germanium, grafitt, bronse og svovel.

Generelt er diamagnetisme praktisk talt usynlig, bortsett fra den såkalte superledere… Her er den diamagnetiske effekten så sterk at superledere beveger seg til og med over en magnet.

Demonstrasjonen av diamagnetisk levitasjon brukte en plate av pyrolytisk grafitt - det er et svært diamagnetisk materiale, det vil si et materiale med en veldig negativ magnetisk følsomhet.

Dette betyr at i nærvær av et magnetfelt, blir materialet magnetisert, og skaper et motsatt magnetfelt som gjør at materialet blir frastøtt av kilden til magnetfeltet. Dette er det motsatte av det som skjer med paramagnetiske eller ferromagnetiske materialer som tiltrekkes av magnetiske feltkilder (f.eks. jern).

Pyrolytisk grafitt, et materiale med en spesiell struktur som gir stor diamagnetisme. Dette, kombinert med dens lave tetthet og de sterke magnetiske feltene som oppnås med neodymmagneter, gjør fenomenet synlig slik det er på disse bildene.

Det er eksperimentelt bekreftet at diamagnetiske materialer har:

• Den relative magnetiske permeabiliteten er mindre enn én;
• Negativ magnetisk induksjon;
• Negativ magnetisk følsomhet, praktisk talt uavhengig av temperatur.

Ved temperaturer under kritiske temperaturer, under overgangen av et stoff til en superledende tilstand, blir det en ideell diamagnet:Meissner-effekten og dens bruk