Čo je diamagnetizmus a diamagnetické materiály

Diamagnetické materiály sú odpudzované magnetickým poľom, aplikované magnetické pole v nich vytvára indukované magnetické pole v opačnom smere, čo spôsobuje odpudzujúcu silu. Naopak, paramagnetické a feromagnetické materiály sú priťahované magnetickým poľom. Pre diamagnetické materiály magnetický tok klesá a pre paramagnetické materiály magnetický tok stúpa.

Fenomén diamagnetizmu objavil Sebald Justinus Brugmans, ktorý si v roku 1778 všimol, že bizmut a antimón sú odpudzované magnetickými poľami. Termín diamagnetizmus zaviedol Michael Faraday v septembri 1845. Uvedomil si, že všetky materiály majú v skutočnosti určitý druh diamagnetického účinku na vonkajšie magnetické polia.

Diamagnetizmus je pravdepodobne najmenej známa forma magnetizmu, napriek tomu, že diamagnetizmus sa vyskytuje takmer vo všetkých látkach.

Všetci sme zvyknutí na magnetickú príťažlivosť, pretože ako často feromagnetické materiály a keďže majú obrovskú magnetickú susceptibilitu.Na druhej strane je diamagnetizmus v každodennom živote takmer neznámy, pretože diamagnetické materiály majú vo všeobecnosti veľmi malú citlivosť, a preto sú odpudivé sily takmer zanedbateľné.

Fenomén diamagnetizmu je priamym dôsledkom akcie Lenzových sílnastáva, keď je látka umiestnená v priestore, kde sú magnetické polia. Diamagnetické látky spôsobujú oslabenie akéhokoľvek vonkajšieho magnetického poľa, v ktorom sa nachádzajú. Lenzov vektor poľa je vždy nasmerovaný proti externe aplikovanému vektoru poľa. To platí v akomkoľvek smere, bez ohľadu na orientáciu diamagnetického telesa vzhľadom na aplikované pole.

Akékoľvek teleso vyrobené z diamagnetického materiálu nielenže oslabuje vonkajšie pole vplyvom Lenzovej reakcie, ale ak je vonkajšie pole v priestore nerovnomerné, zažije aj pôsobenie určitej sily.

Táto sila, ktorá závisí od smeru gradientu poľa a je nezávislá od smeru samotného poľa, má tendenciu presúvať teleso z oblasti relatívne silného magnetického poľa do oblasti so slabším poľom, kde budú zmeny v dráhach elektrónov. minimálne.

Mechanická sila pôsobiaca na diamagnetické teleso v magnetickom poli je mierou atómových síl, ktoré majú tendenciu udržiavať orbitálne elektróny na sférických dráhach.

Všetky látky sú diamagnetické, pretože ich základné zložky sú atómy s orbitálnymi elektrónmi… Niektoré látky vytvárajú pole Lenz aj spinové polia. Vzhľadom na to, že spinové polia sú zvyčajne oveľa silnejšie ako Lenzove polia, keď sa vyskytujú polia oboch typov, efekty spôsobené spinovými poľami zvyčajne prevažujú.

Diamagnetizmus vyplývajúci zo zmien v dráhach elektrónov je zvyčajne slabý, pretože lokálne polia pôsobiace na jednotlivé elektróny sú oveľa silnejšie ako aplikované vonkajšie polia, ktoré majú tendenciu meniť dráhy všetkých elektrónov. Keďže orbitálne zmeny sú malé, Lenzova reakcia spojená s týmito zmenami je tiež malá.

Zároveň je diamagnetizmus spôsobený náhodným pohybom plazmové prvky, sa prejavuje oveľa silnejšie ako diamagnetizmus spojený so zmenou obežných dráh elektrónov, keďže na plazmové ióny a elektróny nepôsobia veľké väzbové sily. V tomto prípade relatívne slabé magnetické polia výrazne menia trajektórie častíc.

Diamagnetizmus mnohých jednotlivých mikroskopických častíc pohybujúcich sa po trajektóriách rôznych typov možno považovať za výsledok vplyvu ekvivalentného prúdového obvodu obklopujúceho teleso, ktorého látka tieto častice obsahuje. Meranie tohto prúdu umožňuje kvantifikovať diamagnetizmus.

Diamagnetická levitácia:

Niektoré príklady diamagnetických materiálov sú voda, kov bizmut, vodík, hélium a iné vzácne plyny, chlorid sodný, meď, zlato, kremík, germánium, grafit, bronz a síra.

Vo všeobecnosti je diamagnetizmus prakticky neviditeľný, okrem tzv supravodiče... Tu je diamagnetický efekt taký silný, že supravodiče sa dokonca pohybujú nad magnetom.

Na demonštráciu diamagnetickej levitácie bola použitá platňa z pyrolytického grafitu – ide o vysoko diamagnetický materiál, teda materiál s veľmi negatívnou magnetickou susceptibilitou.

To znamená, že v prítomnosti magnetického poľa sa materiál zmagnetizuje, čím sa vytvorí opačné magnetické pole, ktoré spôsobí odpudzovanie materiálu zdrojom magnetického poľa. Toto je opak toho, čo sa deje s paramagnetickými alebo feromagnetickými materiálmi, ktoré sú priťahované zdrojmi magnetického poľa (napr. železo).

Pyrolytický grafit, materiál so špeciálnou štruktúrou, ktorá mu dodáva veľký diamagnetizmus. To v kombinácii s nízkou hustotou a silnými magnetickými poľami, ktoré sú dosiahnuté pomocou neodýmové magnety, zviditeľňuje jav taký, aký je na týchto fotografiách.

Experimentálne sa potvrdilo, že diamagnetické materiály majú:

• Relatívna magnetická permeabilita je menšia ako jedna;
• Negatívna magnetická indukcia;
• Negatívna magnetická susceptibilita, prakticky nezávislá od teploty.

Pri teplotách pod kritickými teplotami sa pri prechode látky do supravodivého stavu stáva ideálnym diamagnetom:Meissnerov efekt a jeho využitie