Co je diamagnetismus a diamagnetické materiály

Diamagnetické materiály jsou odpuzovány magnetickým polem, aplikované magnetické pole v nich vytváří indukované magnetické pole opačného směru, což způsobuje odpudivou sílu. Paramagnetické a feromagnetické materiály jsou naopak přitahovány magnetickým polem. U diamagnetických materiálů se magnetický tok snižuje a u paramagnetických se magnetický tok zvyšuje.

Fenomén diamagnetismu objevil Sebald Justinus Brugmans, který si v roce 1778 všiml, že vizmut a antimon jsou odpuzovány magnetickými poli. Termín diamagnetismus byl vytvořen Michaelem Faradayem v září 1845. Uvědomil si, že všechny materiály mají ve skutečnosti nějaký druh diamagnetického účinku na vnější magnetická pole.

Diamagnetismus je pravděpodobně nejméně známá forma magnetismu, přestože se diamagnetismus vyskytuje téměř ve všech látkách.

Všichni jsme zvyklí na magnetickou přitažlivost, protože jak často feromagnetických materiálů a protože mají obrovskou magnetickou susceptibilitu.Na druhou stranu je diamagnetismus v každodenním životě téměř neznámý, protože diamagnetické materiály obecně mají velmi malou susceptibilitu, a proto jsou odpudivé síly téměř zanedbatelné.

Fenomén diamagnetismu je přímým důsledkem akce Lenzových silnastává, když je látka umístěna v prostoru, kde jsou magnetická pole. Diamagnetické látky způsobují oslabení jakéhokoli vnějšího magnetického pole, ve kterém se nacházejí. Lenzův vektor pole je vždy namířen proti externě aplikovanému vektoru pole. To platí v jakémkoli směru, bez ohledu na orientaci diamagnetického tělesa vzhledem k aplikovanému poli.

Jakékoli těleso vyrobené z diamagnetického materiálu nejen zeslabuje vnější pole vlivem Lenzovy reakce, ale také zažívá působení určité síly, pokud je vnější pole v prostoru nerovnoměrné.

Tato síla, která závisí na směru gradientu pole a je nezávislá na směru samotného pole, má tendenci přesunout těleso z oblasti relativně silného magnetického pole do oblasti slabšího pole, kde dojde ke změnám drah elektronů. minimální.

Mechanická síla působící na diamagnetické těleso v magnetickém poli je mírou atomových sil, které mají tendenci udržovat orbitální elektrony na sférických drahách.

Všechny látky jsou diamagnetické, protože jsou jejich základními složkami atomy s orbitálními elektrony… Některé látky vytvářejí jak Lenzova pole, tak spinová pole. Vzhledem k tomu, že spinová pole jsou obvykle mnohem silnější než Lenzova pole, při výskytu polí obou typů obvykle převažují efekty způsobené spinovými poli.

Diamagnetismus vyplývající ze změn elektronových drah je obvykle slabý, protože lokální pole působící na jednotlivé elektrony jsou mnohem silnější než aplikovaná vnější pole, která mají tendenci měnit dráhy všech elektronů. Protože orbitální změny jsou malé, Lenzova reakce spojená s těmito změnami je také malá.

Současně je diamagnetismus způsoben náhodným pohybem plazmové prvky, se projevuje mnohem silněji než diamagnetismus spojený se změnou elektronových drah, protože na ionty plazmatu a elektrony nepůsobí velké vazebné síly.V tomto případě relativně slabá magnetická pole výrazně mění trajektorie částic.

Diamagnetismus mnoha jednotlivých mikroskopických částic pohybujících se po trajektoriích různých typů lze považovat za výsledek vlivu obvodu ekvivalentního proudu obklopujícího těleso, jehož hmota tyto částice obsahuje. Měření tohoto proudu umožňuje kvantifikovat diamagnetismus.

Diamagnetická levitace:

Některé příklady diamagnetických materiálů jsou voda, kov vizmut, vodík, helium a další vzácné plyny, chlorid sodný, měď, zlato, křemík, germanium, grafit, bronz a síra.

Obecně je diamagnetismus prakticky neviditelný, kromě tzv supravodiče… Zde je diamagnetický efekt tak silný, že supravodiče se dokonce pohybují nad magnetem.

K demonstraci diamagnetické levitace byla použita deska z pyrolytického grafitu – jde o vysoce diamagnetický materiál, tedy materiál s velmi negativní magnetickou susceptibilitou.

To znamená, že v přítomnosti magnetického pole se materiál zmagnetizuje a vytvoří opačné magnetické pole, které způsobí, že materiál bude odpuzován zdrojem magnetického pole. To je opak toho, co se děje s paramagnetickými nebo feromagnetickými materiály, které jsou přitahovány zdroji magnetického pole (např. železo).

Pyrolytický grafit, materiál se speciální strukturou, která mu dodává velký diamagnetismus. To v kombinaci s jeho nízkou hustotou a silnými magnetickými poli, kterých je dosaženo neodymové magnety, zviditelní jev tak, jak je na těchto fotografiích.

Experimentálně bylo potvrzeno, že diamagnetické materiály mají:

• Relativní magnetická permeabilita je menší než jedna;
• Negativní magnetická indukce;
• Negativní magnetická susceptibilita, prakticky nezávislá na teplotě.

Při teplotách pod kritickými teplotami se při přechodu látky do supravodivého stavu stává ideálním diamagnetem:Meissnerův jev a jeho využití