Ce este diamagnetismul și materialele diamagnetice

Materialele diamagnetice sunt respinse de un câmp magnetic, câmpul magnetic aplicat creează în ele un câmp magnetic indus în direcția opusă, provocând o forță de respingere. În schimb, materialele paramagnetice și feromagnetice sunt atrase de un câmp magnetic. Pentru materialele diamagnetice, fluxul magnetic scade, iar pentru materialele paramagnetice, fluxul magnetic creste.

Fenomenul diamagnetismului a fost descoperit de Sebald Justinus Brugmans, care în 1778 a observat că bismutul și antimoniul erau respinse de câmpurile magnetice. Termenul de diamagnetism a fost inventat de Michael Faraday în septembrie 1845. El și-a dat seama că toate materialele au de fapt un fel de efect diamagnetic asupra câmpurilor magnetice externe.

Diamagnetismul este probabil cea mai puțin cunoscută formă de magnetism, în ciuda faptului că diamagnetismul apare în aproape toate substanțele.

Cu toții suntem obișnuiți cu atracția magnetică din cauza cât de des materiale feromagnetice iar din moment ce au o susceptibilitate magnetică enormă.Pe de altă parte, diamagnetismul este aproape necunoscut în viața de zi cu zi, deoarece materialele diamagnetice în general au o susceptibilitate foarte mică și, prin urmare, forțele de respingere sunt aproape neglijabile.

Fenomenul de diamagnetism este o consecință directă a acţiunile forţelor Lenzapare atunci când o substanță este plasată într-un spațiu în care există câmpuri magnetice. Substanțele diamagnetice provoacă slăbirea oricărui câmp magnetic extern în care se află. Vectorul câmp Lenz este întotdeauna îndreptat împotriva vectorului câmp aplicat extern. Acest lucru este valabil în orice direcție, indiferent de orientarea corpului diamagnetic în raport cu câmpul aplicat.

Orice corp din material diamagnetic nu numai că slăbește câmpul exterior datorită influenței reacției Lenz, dar experimentează și acțiunea unei anumite forțe dacă câmpul exterior este neuniform în spațiu.

Această forță, care depinde de direcția gradientului câmpului și este independentă de direcția câmpului în sine, tinde să deplaseze corpul din regiunea câmpului magnetic relativ puternic în regiunea câmpului mai slab - unde modificările orbitelor electronilor vor fi. minim.

Forța mecanică care acționează asupra unui corp diamagnetic într-un câmp magnetic este o măsură a forțelor atomice care tind să mențină electronii orbitali pe orbite sferice.

Toate substanțele sunt diamagnetice deoarece constituenții lor de bază sunt atomi cu electroni orbitali… Unele substanțe creează atât câmpuri Lenz, cât și câmpuri de spin. Datorită faptului că câmpurile de spin sunt de obicei mult mai puternice decât câmpurile Lenz, atunci când apar câmpuri de ambele tipuri, de obicei predomină efectele datorate câmpurilor de spin.

Diamagnetismul rezultat din modificările orbitelor electronilor este de obicei slab deoarece câmpurile locale care acționează asupra electronilor individuali sunt mult mai puternice decât câmpurile externe aplicate, care tind să modifice orbitele tuturor electronilor. Deoarece modificările orbitale sunt mici, reacția Lenz asociată cu aceste modificări este, de asemenea, mică.

În același timp, diamagnetismul se datorează mișcării aleatorii elemente plasmatice, se manifestă mult mai puternic decât diamagnetismul asociat cu o modificare a orbitelor electronilor, deoarece ionii de plasmă și electronii nu experimentează acțiunea unor forțe mari de legare.În acest caz, câmpurile magnetice relativ slabe modifică semnificativ traiectoria particulelor.

Diamagnetismul multor particule microscopice individuale care se deplasează pe traiectorii de diferite tipuri poate fi considerat ca rezultat al influenței circuitului de curent echivalent care înconjoară corpul a cărui substanță conține aceste particule. Măsurarea acestui curent permite cuantificarea diamagnetismului.

Levitație diamagnetică:

Câteva exemple de materiale diamagnetice sunt apa, metalul bismut, hidrogenul, heliul și alte gaze nobile, clorura de sodiu, cupru, aur, siliciu, germaniu, grafit, bronz și sulf.

În general, diamagnetismul este practic invizibil, cu excepția așa-zisului supraconductori… Aici efectul diamagnetic este atât de puternic încât supraconductorii chiar se deplasează peste un magnet.

Demonstrarea levitației diamagnetice a folosit o placă de grafit pirolitic - este un material foarte diamagnetic, adică un material cu o susceptibilitate magnetică foarte negativă.

Aceasta înseamnă că, în prezența unui câmp magnetic, materialul devine magnetizat, creând un câmp magnetic opus care face ca materialul să fie respins de sursa câmpului magnetic. Acesta este opusul a ceea ce se întâmplă cu materialele paramagnetice sau feromagnetice care sunt atrase de sursele de câmp magnetic (ex. fier).

Grafit pirolitic, un material cu o structură specială care îi conferă un mare diamagnetism. Acest lucru, combinat cu densitatea sa scăzută și câmpurile magnetice puternice cu care se obțin magneți de neodim, face fenomenul vizibil așa cum este în aceste fotografii.

S-a confirmat experimental că materialele diamagnetice au:

• Permeabilitatea magnetică relativă este mai mică de unu;
• inducție magnetică negativă;
• Susceptibilitate magnetică negativă, practic independentă de temperatură.

La temperaturi sub temperaturile critice, în timpul tranziției unei substanțe într-o stare supraconductoare, aceasta devine un diamagnet ideal:Efectul Meissner și utilizarea acestuia