Τι είναι ο διαμαγνητισμός και τα διαμαγνητικά υλικά

Τα διαμαγνητικά υλικά απωθούνται από ένα μαγνητικό πεδίο, το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα επαγόμενο μαγνητικό πεδίο σε αυτά προς την αντίθετη κατεύθυνση, προκαλώντας απωστική δύναμη. Αντίθετα, τα παραμαγνητικά και τα σιδηρομαγνητικά υλικά έλκονται από ένα μαγνητικό πεδίο. Για τα διαμαγνητικά υλικά, η μαγνητική ροή μειώνεται και για τα παραμαγνητικά υλικά, η μαγνητική ροή αυξάνεται.

Το φαινόμενο του διαμαγνητισμού ανακαλύφθηκε από τον Sebald Justinus Brugmans, ο οποίος το 1778 παρατήρησε ότι το βισμούθιο και το αντιμόνιο απωθούνται από μαγνητικά πεδία. Ο όρος διαμαγνητισμός επινοήθηκε από τον Michael Faraday τον Σεπτέμβριο του 1845. Συνειδητοποίησε ότι όλα τα υλικά έχουν πράγματι κάποιο είδος διαμαγνητικής επίδρασης στα εξωτερικά μαγνητικά πεδία.

Ο διαμαγνητισμός είναι πιθανώς η λιγότερο γνωστή μορφή μαγνητισμού, παρά το γεγονός ότι ο διαμαγνητισμός εμφανίζεται σχεδόν σε όλες τις ουσίες.

Είμαστε όλοι συνηθισμένοι στη μαγνητική έλξη λόγω της συχνότητας σιδηρομαγνητικά υλικά και αφού έχουν τεράστια μαγνητική επιδεκτικότητα.Από την άλλη πλευρά, ο διαμαγνητισμός είναι σχεδόν άγνωστος στην καθημερινή ζωή, επειδή τα διαμαγνητικά υλικά γενικά έχουν πολύ μικρή επιδεκτικότητα και επομένως οι απωστικές δυνάμεις είναι σχεδόν αμελητέες.

Το φαινόμενο του διαμαγνητισμού είναι άμεση συνέπεια του οι ενέργειες των δυνάμεων του Lenzσυμβαίνει όταν μια ουσία τοποθετείται σε χώρο όπου υπάρχουν μαγνητικά πεδία. Οι διαμαγνητικές ουσίες προκαλούν την εξασθένηση οποιουδήποτε εξωτερικού μαγνητικού πεδίου στο οποίο βρίσκονται. Το διάνυσμα πεδίου Lenz στρέφεται πάντα ενάντια στο εξωτερικά εφαρμοζόμενο διάνυσμα πεδίου. Αυτό ισχύει σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό του διαμαγνητικού σώματος ως προς το εφαρμοζόμενο πεδίο.

Οποιοδήποτε σώμα κατασκευασμένο από διαμαγνητικό υλικό όχι μόνο εξασθενεί το εξωτερικό πεδίο λόγω της επίδρασης της αντίδρασης Lenz, αλλά βιώνει επίσης τη δράση μιας συγκεκριμένης δύναμης εάν το εξωτερικό πεδίο είναι ανομοιόμορφο στο χώρο.

Αυτή η δύναμη, η οποία εξαρτάται από την κατεύθυνση της βαθμίδας πεδίου και είναι ανεξάρτητη από την κατεύθυνση του ίδιου του πεδίου, τείνει να μετακινήσει το σώμα από την περιοχή του σχετικά ισχυρού μαγνητικού πεδίου στην περιοχή του ασθενέστερου πεδίου - όπου οι αλλαγές στις τροχιές των ηλεκτρονίων θα είναι ελάχιστος.

Η μηχανική δύναμη που ασκείται σε ένα διαμαγνητικό σώμα σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι ένα μέτρο των ατομικών δυνάμεων που τείνουν να κρατούν τα τροχιακά ηλεκτρόνια σε σφαιρικές τροχιές.

Όλες οι ουσίες είναι διαμαγνητικές γιατί είναι τα βασικά τους συστατικά άτομα με τροχιακά ηλεκτρόνια… Ορισμένες ουσίες δημιουργούν τόσο πεδία Lenz όσο και πεδία spin. Λόγω του γεγονότος ότι τα πεδία περιστροφής είναι συνήθως πολύ ισχυρότερα από τα πεδία Lenz, όταν εμφανίζονται πεδία και των δύο τύπων, συνήθως κυριαρχούν τα αποτελέσματα που οφείλονται στα πεδία περιστροφής.

Ο διαμαγνητισμός που προκύπτει από αλλαγές στις τροχιές των ηλεκτρονίων είναι συνήθως αδύναμος επειδή τα τοπικά πεδία που δρουν σε μεμονωμένα ηλεκτρόνια είναι πολύ ισχυρότερα από τα εφαρμοζόμενα εξωτερικά πεδία, τα οποία τείνουν να αλλάζουν τις τροχιές όλων των ηλεκτρονίων. Δεδομένου ότι οι τροχιακές αλλαγές είναι μικρές, η αντίδραση Lenz που σχετίζεται με αυτές τις αλλαγές είναι επίσης μικρή.

Ταυτόχρονα, ο διαμαγνητισμός οφείλεται σε τυχαία κίνηση στοιχεία πλάσματος, εκδηλώνεται πολύ πιο έντονα από τον διαμαγνητισμό που σχετίζεται με μια αλλαγή στις τροχιές των ηλεκτρονίων, καθώς τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια του πλάσματος δεν υφίστανται τη δράση μεγάλων δυνάμεων δέσμευσης.Σε αυτή την περίπτωση, τα σχετικά ασθενή μαγνητικά πεδία αλλάζουν σημαντικά τις τροχιές των σωματιδίων.

Ο διαμαγνητισμός πολλών μεμονωμένων μικροσκοπικών σωματιδίων που κινούνται κατά μήκος τροχιών διαφορετικών τύπων μπορεί να θεωρηθεί ως το αποτέλεσμα της επίδρασης του ισοδύναμου κυκλώματος ρεύματος που περιβάλλει το σώμα του οποίου η ουσία περιέχει αυτά τα σωματίδια. Η μέτρηση αυτού του ρεύματος επιτρέπει την ποσοτικοποίηση του διαμαγνητισμού.

Διαμαγνητική αιώρηση:

Μερικά παραδείγματα διαμαγνητικών υλικών είναι το νερό, το μέταλλο βισμούθιο, το υδρογόνο, το ήλιο και άλλα ευγενή αέρια, το χλωριούχο νάτριο, ο χαλκός, ο χρυσός, το πυρίτιο, το γερμάνιο, ο γραφίτης, ο χαλκός και το θείο.

Γενικά, ο διαμαγνητισμός είναι πρακτικά αόρατος, εκτός από το λεγόμενο υπεραγωγοί… Εδώ το διαμαγνητικό αποτέλεσμα είναι τόσο ισχυρό που υπεραγωγοί κινούνται ακόμη και πάνω από έναν μαγνήτη.

Η επίδειξη της διαμαγνητικής αιώρησης χρησιμοποίησε μια πλάκα πυρολυτικού γραφίτη - είναι ένα εξαιρετικά διαμαγνητικό υλικό, δηλαδή ένα υλικό με πολύ αρνητική μαγνητική επιδεκτικότητα.

Αυτό σημαίνει ότι παρουσία μαγνητικού πεδίου, το υλικό μαγνητίζεται, δημιουργώντας ένα αντίθετο μαγνητικό πεδίο που προκαλεί την απώθηση του υλικού από την πηγή του μαγνητικού πεδίου. Αυτό είναι το αντίθετο από αυτό που συμβαίνει με τα παραμαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά υλικά που έλκονται από πηγές μαγνητικού πεδίου (π.χ. σίδηρος).

Πυρολυτικός γραφίτης, ένα υλικό με ιδιαίτερη δομή που του προσδίδει μεγάλο διαμαγνητισμό. Αυτό, σε συνδυασμό με τη χαμηλή πυκνότητά του και τα ισχυρά μαγνητικά πεδία που επιτυγχάνονται με μαγνήτες νεοδυμίου, κάνει το φαινόμενο ορατό όπως είναι σε αυτές τις φωτογραφίες.

Έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά ότι τα διαμαγνητικά υλικά έχουν:

• Η σχετική μαγνητική διαπερατότητα είναι μικρότερη από μία.
• Αρνητική μαγνητική επαγωγή;
• Αρνητική μαγνητική επιδεκτικότητα, πρακτικά ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία.

Σε θερμοκρασίες κάτω από τις κρίσιμες θερμοκρασίες, κατά τη μετάβαση μιας ουσίας σε υπεραγώγιμη κατάσταση, γίνεται ιδανικός διαμαγνήτης:Το φαινόμενο Meissner και η χρήση του