Kas ir diamagnētisms un diamagnētiskie materiāli

Diamagnētiskos materiālus atgrūž magnētiskais lauks, pielietotais magnētiskais lauks rada tajos inducētu magnētisko lauku pretējā virzienā, izraisot atgrūšanas spēku. Un otrādi, paramagnētiskos un feromagnētiskos materiālus pievelk magnētiskais lauks. Diamagnētiskiem materiāliem magnētiskā plūsma samazinās, bet paramagnētiskiem materiāliem magnētiskā plūsma palielinās.

Diamagnētisma fenomenu atklāja Sebalds Džastinuss Brugmans, kurš 1778. gadā pamanīja, ka bismutu un antimonu atgrūž magnētiskie lauki. Terminu diamagnētisms ieviesa Maikls Faradejs 1845. gada septembrī. Viņš saprata, ka visiem materiāliem faktiski ir sava veida diamagnētiska ietekme uz ārējiem magnētiskajiem laukiem.

Diamagnētisms, iespējams, ir vismazāk zināmais magnētisma veids, neskatoties uz to, ka diamagnētisms sastopams gandrīz visās vielās.

Mēs visi esam pieraduši pie magnētiskās pievilkšanās, jo tas ir bieži feromagnētiskie materiāli un tā kā tiem ir milzīga magnētiskā jutība.No otras puses, diamagnētisms ikdienas dzīvē ir gandrīz nezināms, jo diamagnētiskajiem materiāliem kopumā ir ļoti maza jutība, un tāpēc atgrūšanas spēki ir gandrīz niecīgi.

Diamagnētisma fenomens ir tiešas sekas Lenca spēku darbībasrodas, ja vielu ievieto telpā, kur ir magnētiskie lauki. Diamagnētiskās vielas vājina jebkuru ārējo magnētisko lauku, kurā tās atrodas. Lenca lauka vektors vienmēr ir vērsts pret ārēji pielietoto lauka vektoru. Tas attiecas uz jebkuru virzienu neatkarīgi no diamagnētiskā ķermeņa orientācijas attiecībā pret pielietoto lauku.

Jebkurš ķermenis, kas izgatavots no diamagnētiska materiāla, Lenca reakcijas ietekmē ne tikai vājina ārējo lauku, bet arī piedzīvo noteikta spēka darbību, ja ārējais lauks telpā ir nevienmērīgs.

Šim spēkam, kas ir atkarīgs no lauka gradienta virziena un nav atkarīgs no paša lauka virziena, ir tendence pārvietot ķermeni no relatīvi spēcīga magnētiskā lauka apgabala uz vājāka lauka apgabalu, kur notiks izmaiņas elektronu orbītās. minimāls.

Mehāniskais spēks, kas iedarbojas uz diamagnētisku ķermeni magnētiskajā laukā, ir to atomu spēku mērs, kas mēdz noturēt orbitālos elektronus sfēriskās orbītās.

Visas vielas ir diamagnētiskas, jo to pamatsastāvdaļas tādas ir atomi ar orbitālajiem elektroniem… Dažas vielas rada gan Lenca laukus, gan griešanās laukus. Sakarā ar to, ka griešanās lauki parasti ir daudz spēcīgāki nekā Lenca lauki, kad rodas abu veidu lauki, parasti dominē griešanās lauki.

Diamagnētisms, kas rodas elektronu orbītu izmaiņu rezultātā, parasti ir vājš, jo lokālie lauki, kas iedarbojas uz atsevišķiem elektroniem, ir daudz spēcīgāki nekā pielietotie ārējie lauki, kuriem ir tendence mainīt visu elektronu orbītas. Tā kā orbitālās izmaiņas ir nelielas, ar šīm izmaiņām saistītā Lenca reakcija arī ir neliela.

Tajā pašā laikā diamagnētisms rodas nejaušas kustības dēļ plazmas elementi, izpaužas daudz spēcīgāk nekā diamagnētisms, kas saistīts ar elektronu orbītu izmaiņām, jo ​​plazmas joni un elektroni neizjūt lielu saistīšanas spēku darbību.Šajā gadījumā salīdzinoši vāji magnētiskie lauki būtiski maina daļiņu trajektorijas.

Daudzu atsevišķu mikroskopisku daļiņu, kas pārvietojas pa dažāda veida trajektorijām, diamagnētismu var uzskatīt par līdzvērtīgas strāvas ķēdes, kas ieskauj ķermeni, kura viela satur šīs daļiņas, ietekmi. Šīs strāvas mērīšana ļauj kvantitatīvi noteikt diamagnētismu.

Diamagnētiskā levitācija:

Daži diamagnētisko materiālu piemēri ir ūdens, metāla bismuts, ūdeņradis, hēlijs un citas cēlgāzes, nātrija hlorīds, varš, zelts, silīcijs, germānija, grafīts, bronza un sērs.

Kopumā diamagnētisms ir praktiski neredzams, izņemot t.s supravadītāji… Šeit diamagnētiskais efekts ir tik spēcīgs, ka supravadītāji pat pārvietojas pa magnētu.

Diamagnētiskās levitācijas demonstrācijā tika izmantota pirolītiskā grafīta plāksne - tas ir ļoti diamagnētisks materiāls, tas ir, materiāls ar ļoti negatīvu magnētisko jutību.

Tas nozīmē, ka magnētiskā lauka klātbūtnē materiāls tiek magnetizēts, radot pretēju magnētisko lauku, kas izraisa materiāla atgrūšanu no magnētiskā lauka avota. Tas ir pretējs tam, kas notiek ar paramagnētiskiem vai feromagnētiskiem materiāliem, kurus pievelk magnētiskā lauka avoti (piemēram, dzelzs).

Pirolītiskais grafīts, materiāls ar īpašu struktūru, kas piešķir tam lielisku diamagnētismu. Tas apvienojumā ar tā zemo blīvumu un spēcīgajiem magnētiskajiem laukiem, kas tiek sasniegti ar neodīma magnēti, padara parādību redzamu tādu, kāda tā ir šajās fotogrāfijās.

Eksperimentāli ir apstiprināts, ka diamagnētiskajiem materiāliem ir:

• Relatīvā magnētiskā caurlaidība ir mazāka par vienu;
• Negatīvā magnētiskā indukcija;
• Negatīvā magnētiskā jutība, praktiski neatkarīgi no temperatūras.

Temperatūrā, kas zemāka par kritisko temperatūru, vielai pārejot supravadītājā stāvoklī, tā kļūst par ideālu diamagnētu:Meisnera efekts un tā izmantošana