Diamagnetyzm
Diamagnetyzm jest jednym z przejawów magnetyzmu w materii . Materiały diamagnetyczne wytwarzają indukowane pole magnetyczne w zewnętrznym polu magnetycznym w kierunku przeciwnym do zewnętrznego pola magnetycznego. Materiały diamagnetyczne mają tendencję do migracji z niejednorodnego pola magnetycznego. Bez zewnętrznego pola magnetycznego materiały diamagnetyczne nie mają własnego pola magnetycznego, są niemagnetyczne.
Współczynnik proporcjonalności osłabienia pola zależy od przenikalności względnej (lub podatności magnetycznej ) i jest mniejszy niż 1 dla diamagnesów (patrz paramagnetyzm ).
W fizyce wszystkie materiały o ujemnej podatności magnetycznej i bez uporządkowania magnetycznego są klasyfikowane jako diamagnetyczne. Najbardziej diamagnetycznymi pierwiastkami w normalnych warunkach są bizmut i węgiel .
historia
W 1778 Sebald Justinus Brugmans zauważył, że niektóre materiały są odpychane przez pola magnetyczne. W 1845 Michael Faraday zdał sobie sprawę, że wszystkie materiały w przyrodzie reagują na zewnętrzne pola magnetyczne. Wprowadził do fizyki termin „diamagnetyzm” za sugestią filozofa Williama Whewella .
Model
Kiedy zewnętrzne pole magnetyczne H działa na materiały diamagnetyczne, zmienia ono magnetyczne ułożenie części składowych atomów w taki sposób, że powstaje moment magnetyczny przeciwny do zewnętrznego pola magnetycznego. Pole indukowane B jako suma momentów magnetycznych atomów materiału osłabia to pole zewnętrzne.
W przypadku pola niejednorodnego należy wykonać pracę, aby przenieść diamagnes w obszary o większym natężeniu pola, ponieważ efekty kompensacji muszą być zintensyfikowane. Materiał diamagnetyczny ma naturalną tendencję do zmniejszania natężenia pola. Faktyczne procesy można wyjaśnić tylko mechanicznie kwantowo : spin każdego elektronu ma moment magnetyczny i w ten sposób generuje pole, które jednak nie pojawia się makroskopowo z powodu zasady Pauliego i ruchów termicznych. Jedynie pole zewnętrzne indukuje rektyfikowane dipole magnetyczne .
Na podstawie tych rozważań staje się jasne, że każdy materiał jest diamagnetyczny. Ponieważ efekty diamagnetyczne są słabsze niż paramagnetyzm i rzędy wielkości słabsze niż ferromagnetyzm , występują one tylko w materiałach, które nie są ani paramagnetyczne, ani ferromagnetyczne. Takie substancje nazywane są wtedy diamagnetycznymi.
Materiały diamagnetyczne mają podatność magnetyczną χ mniejszą niż 0 lub odpowiednio względną przepuszczalność mniejszą niż 1.
Lista podatności wybranych materiałów → patrz Podatność magnetyczna .
Efekty
Nadprzewodnik
Nadprzewodniki to doskonałe diamagnesy o podatności -1: wypierają ze swojego wnętrza linie pola magnetycznego ( efekt Meißnera-Ochsenfelda ).
Unosić się
Dzięki efektowi wędrówki poza pole magnetyczne, przy odpowiednio silnym polu magnetycznym (około 15 Tesli w laboratorium) można unosić wodę, a nawet żywe istoty. Efekt ten nazywany jest również lewitacją diamagnetyczną ; Znane stały się eksperymenty z unoszącą się żabą, pająkiem lub klockiem drewna.
Grafit pirolityczny jest silnie diamagnetyczny prostopadły do płaszczyzny kryształu . Dzięki silnemu magnesowi neodymowemu grafit może być utrzymywany w zawieszeniu.
Zobacz też
- Paramagnetyzm
- Ferromagnetyzm
- Antyferromagnetyzm
- Ferrimagnetyzm
- Piromagnetyzm
- Lewitacja (technika)
- Diamagnetyzm Larmora
literatura
- Hans Fischer: Materiały w elektrotechnice. Wydanie II. Carl Hanser Verlag, Monachium/Wiedeń 1982, ISBN 3-446-13553-7 .
- Horst Stöcker: Kieszonkowa księga fizyki. Wydanie IV. Verlag Harry Deutsch, Frankfurt nad Menem 2000, ISBN 3-8171-1628-4 .
- Günter Springer: Inżynieria elektryczna. Wydanie XVIII. Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9 .
- LN Mulay, EA Boudreaux: Teoria i zastosowania diamagnetyzmu molekularnego. Wiley, Nowy Jork 1976, ISBN 0-471-62358-X .
- Jakov Grigoŕevič Dorfman: Diamagnetyzm i wiązanie chemiczne. Teubner, Lipsk 1964, DNB 57290178X .
linki internetowe
- Kilka filmów na temat lewitacji diamagnetycznej (angielski)
- Lewitacja diamagnetyczna, konfiguracja eksperymentalna
Indywidualne dowody
- ↑ Należy zauważyć, że w gaussowskim układzie miar , najczęstszym wariancie cgs, podatność jest definiowana inaczej; to dotyczy