Kaj je diamagnetizem in diamagnetni materiali

Diamagnetne materiale magnetno polje odbija, uporabljeno magnetno polje ustvari v njih inducirano magnetno polje v nasprotni smeri, kar povzroči odbojno silo. Nasprotno pa paramagnetne in feromagnetne materiale privlači magnetno polje. Pri diamagnetnih materialih se magnetni pretok zmanjša, pri paramagnetnih materialih pa se magnetni pretok poveča.

Pojav diamagnetizma je odkril Sebald Justinus Brugmans, ki je leta 1778 opazil, da bizmut in antimon odbijata magnetna polja. Izraz diamagnetizem je skoval Michael Faraday septembra 1845. Spoznal je, da imajo vsi materiali dejansko nekakšen diamagnetni učinek na zunanja magnetna polja.

Diamagnetizem je verjetno najmanj znana oblika magnetizma, kljub dejstvu, da se diamagnetizem pojavlja v skoraj vseh snoveh.

Vsi smo vajeni magnetne privlačnosti zaradi tega, kako pogosto feromagnetni materiali in ker imajo ogromno magnetno občutljivost.Po drugi strani pa je diamagnetizem v vsakdanjem življenju skoraj neznan, saj imajo diamagnetni materiali na splošno zelo malo občutljivosti in so zato odbojne sile skoraj zanemarljive.

Pojav diamagnetizma je neposredna posledica akcije Lenzovih silnastane, ko snov postavimo v prostor, kjer so magnetna polja. Diamagnetne snovi povzročijo oslabitev zunanjega magnetnega polja, v katerem se nahajajo. Lenzov vektor polja je vedno usmerjen proti zunanjemu vektorju polja. To velja v kateri koli smeri, ne glede na orientacijo diamagnetnega telesa glede na uporabljeno polje.

Vsako telo iz diamagnetnega materiala ne le oslabi zunanje polje zaradi vpliva Lenzove reakcije, ampak tudi doživi delovanje določene sile, če je zunanje polje v prostoru neenakomerno.

Ta sila, ki je odvisna od smeri gradienta polja in je neodvisna od smeri samega polja, teži k temu, da premakne telo iz območja relativno močnega magnetnega polja v območje šibkejšega polja, kjer bodo spremembe v orbitah elektronov minimalno.

Mehanska sila, ki deluje na diamagnetno telo v magnetnem polju, je merilo atomskih sil, ki težijo k ohranjanju orbitalnih elektronov v sferičnih orbitah.

Vse snovi so diamagnetne, ker so njihove osnovne sestavine atomi z orbitalnimi elektroni… Nekatere snovi ustvarjajo Lenzova polja in vrtilna polja. Ker so spinska polja običajno veliko močnejša od Lenzovih polj, pri pojavu polj obeh vrst običajno prevladujejo učinki zaradi spinskih polj.

Diamagnetizem, ki je posledica sprememb v elektronskih orbitah, je običajno šibek, ker so lokalna polja, ki delujejo na posamezne elektrone, veliko močnejša od uporabljenih zunanjih polj, ki težijo k spremembi orbit vseh elektronov. Ker so orbitalne spremembe majhne, ​​je tudi Lenzova reakcija, povezana s temi spremembami, majhna.

Hkrati je diamagnetizem posledica naključnega gibanja plazemski elementi, se kaže veliko močneje kot diamagnetizem, povezan s spremembo elektronskih orbit, saj plazemski ioni in elektroni ne doživljajo delovanja velikih veznih sil.V tem primeru razmeroma šibka magnetna polja bistveno spremenijo trajektorije delcev.

Diamagnetizem številnih posameznih mikroskopskih delcev, ki se gibljejo po trajektorijah različnih vrst, je mogoče obravnavati kot rezultat vpliva ekvivalentnega tokovnega vezja, ki obdaja telo, katerega snov vsebuje te delce. Merjenje tega toka omogoča kvantificiranje diamagnetizma.

Diamagnetna levitacija:

Nekateri primeri diamagnetnih materialov so voda, kovina bizmut, vodik, helij in drugi žlahtni plini, natrijev klorid, baker, zlato, silicij, germanij, grafit, bron in žveplo.

Na splošno je diamagnetizem praktično neviden, razen za ti superprevodniki… Tukaj je diamagnetni učinek tako močan, da superprevodniki se celo premikajo čez magnet.

Za demonstracijo diamagnetne levitacije je bila uporabljena plošča iz pirolitičnega grafita - to je zelo diamagneten material, to je material z zelo negativno magnetno občutljivostjo.

To pomeni, da se v prisotnosti magnetnega polja material namagneti in ustvari nasprotno magnetno polje, ki povzroči, da material odbija vir magnetnega polja. To je nasprotno od tistega, kar se zgodi s paramagnetnimi ali feromagnetnimi materiali, ki jih privlačijo viri magnetnega polja (npr. železo).

Pirolitični grafit, material s posebno strukturo, ki mu daje velik diamagnetizem. To v kombinaciji z nizko gostoto in močnimi magnetnimi polji, ki jih dosežemo z neodimovi magneti, naredi pojav viden, kot je na teh fotografijah.

Eksperimentalno je bilo potrjeno, da imajo diamagnetni materiali:

• Relativna magnetna prepustnost je manjša od ena;
• Negativna magnetna indukcija;
• Negativna magnetna občutljivost, praktično neodvisna od temperature.

Pri temperaturah pod kritičnimi temperaturami med prehodom snovi v superprevodno stanje postane idealen diamagnet:Meissnerjev učinek in njegova uporaba