Диамагнетизм

Упрощенное сравнение проницаемостей ферромагнитных (μ _f ), парамагнитных (μ _p ) и диамагнитных материалов (μ _d ) для вакуума (μ ₀ ). Здесь μ - наклон каждой кривой B (H).
H: напряженность внешнего поля
B: плотность потока индуцированного поля

Диамагнетизм - одно из проявлений магнетизма в веществе . Диамагнитные материалы создают индуцированное магнитное поле во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном внешнему магнитному полю. Диамагнитные материалы имеют тенденцию выходить из неоднородного магнитного поля. Без внешнего магнитного поля диамагнитные материалы не имеют собственного магнитного поля, они немагнитны.

Коэффициент пропорциональности ослабления поля определяется относительной магнитной проницаемостью (или магнитной восприимчивостью ) и для диамагнетиков меньше 1 (см. Парамагнетизм ). ${\ displaystyle \ mu _ {r}}$ ${\ displaystyle \ chi = \ mu _ {r} -1}$

В физике все материалы с отрицательной магнитной восприимчивостью и без магнитного порядка классифицируются как диамагнитные. Наиболее диамагнитными элементами при нормальных условиях являются висмут и углерод .

история

Кусок графита, который парит над четырьмя постоянными магнитами из-за диамагнетизма .

В 1778 году Зебальд Юстинус Бругманс заметил, что некоторые материалы отталкиваются магнитными полями. В 1845 году Майкл Фарадей понял, что все материалы в природе реагируют на внешние магнитные поля. Он ввел термин «диамагнетизм» в физику по предложению философа Уильяма Уэвелла .

модель

Когда внешнее магнитное поле H действует на диамагнитные материалы, оно изменяет магнитное выравнивание составных частей атомов таким образом, что возникает магнитный момент, противоположный внешнему магнитному полю. Индуцированное поле B как сумма магнитных моментов атомов материала ослабляет это внешнее поле.

В случае неоднородного поля необходимо проделать работу по перемещению диамагнетика в области с более высокой напряженностью поля, поскольку компенсирующие эффекты должны быть усилены. Диамагнитный материал, естественно, имеет тенденцию к более низкой напряженности поля. Реальные процессы можно объяснить только квантово-механически : спин каждого электрона имеет магнитный момент и, таким образом, создает поле, которое, однако, не проявляется макроскопически из-за принципа Паули и тепловых движений. Только внешнее поле индуцирует выпрямленные магнитные диполи .

Исходя из этих соображений, становится ясно, что любой материал является диамагнитным. Поскольку диамагнитные эффекты слабее парамагнетизма и на несколько порядков слабее ферромагнетизма , они проявляются только в материалах, которые не являются ни пара-, ни ферромагнитными. Такие вещества тогда называют диамагнитными.

Диамагнитные материалы имеют магнитную восприимчивость χ менее 0 или, соответственно, относительную магнитную проницаемость менее 1.

Список чувствительности выбранных материалов → см. Магнитная восприимчивость .

Эффекты

Сверхпроводник

Сверхпроводники - это идеальные диамагнетики с восприимчивостью -1: они вытесняют силовые линии магнитного поля изнутри ( эффект Мейснера-Оксенфельда ).

Парение

Пиролитический графит плавает в сильном магнитном поле

Благодаря эффекту блуждания из магнитного поля, при достаточно сильном магнитном поле (около 15 тесла в лаборатории) можно позволить воде и даже живым существам плавать. Этот эффект также называют диамагнитной левитацией ; Стали известны эксперименты с парящей лягушкой, пауком или деревянным бруском.

Пиролитический графит сильно диамагнитен, ортогонален плоскости кристалла . С помощью сильного неодимового магнита графит можно удерживать во взвешенном состоянии.

Смотри тоже

литература

Ганс Фишер: Материалы в электротехнике. 2-е издание. Карл Хансер Верлаг, Мюнхен / Вена, 1982, ISBN 3-446-13553-7 .
Хорст Штёкер: Карманная книга по физике. 4-е издание. Verlag Harry Deutsch, Франкфурт-на-Майне 2000, ISBN 3-8171-1628-4 .
Гюнтер Шпрингер: Электротехника. 18-е издание. Verlag Europa-Lehrmittel, Вупперталь 1989, ISBN 3-8085-3018-9 .
Л. Н. Мулай, Е. А. Будро: Теория и приложения молекулярного диамагнетизма. Wiley, New York 1976, ISBN 0-471-62358-X .
Яков Григожевич Дорфман: Диамагнетизм и химическая связь. Teubner, Leipzig 1964, DNB 57290178X .

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

↑ Обратите внимание, что в гауссовой системе единиц , наиболее распространенном варианте cgs, восприимчивость определяется по-другому; это применяется ${\ textstyle \ чи ^ {\ mathrm {SI}} = 4 \ пи \ чи ^ {\ mathrm {cgs}}}$

[gauss-1] Обратите внимание, что в гауссовой системе единиц , наиболее распространенном варианте cgs, восприимчивость определяется по-другому; это применяется ${\ textstyle \ чи ^ {\ mathrm {SI}} = 4 \ пи \ чи ^ {\ mathrm {cgs}}}$

Languages