Wat is diamagnetisme en diamagnetische materialen

Diamagnetische materialen worden afgestoten door een magnetisch veld, het aangelegde magnetische veld creëert een geïnduceerd magnetisch veld in hen in de tegenovergestelde richting, waardoor een afstotende kracht ontstaat. Omgekeerd worden paramagnetische en ferromagnetische materialen aangetrokken door een magnetisch veld. Voor diamagnetische materialen neemt de magnetische flux af en voor paramagnetische materialen neemt de magnetische flux toe.

Het fenomeen diamagnetisme werd ontdekt door Sebald Justinus Brugmans, die in 1778 opmerkte dat bismut en antimoon werden afgestoten door magnetische velden. De term diamagnetisme werd bedacht door Michael Faraday in september 1845. Hij realiseerde zich dat alle materialen eigenlijk een soort diamagnetisch effect hebben op externe magnetische velden.

Diamagnetisme is waarschijnlijk de minst bekende vorm van magnetisme, ondanks dat diamagnetisme in vrijwel alle stoffen voorkomt.

We zijn allemaal gewend aan magnetische aantrekking vanwege hoe vaak ferromagnetische materialen en omdat ze een enorme magnetische gevoeligheid hebben.Aan de andere kant is diamagnetisme bijna onbekend in het dagelijks leven, omdat diamagnetische materialen in het algemeen zeer weinig vatbaar zijn en daarom afstotende krachten bijna te verwaarlozen zijn.

Het fenomeen diamagnetisme is een direct gevolg van de acties van de Lenz-troepentreedt op wanneer een stof in een ruimte wordt geplaatst waar magnetische velden aanwezig zijn. Diamagnetische stoffen veroorzaken de verzwakking van elk extern magnetisch veld waarin ze zich bevinden. De Lenz-veldvector is altijd gericht tegen de extern aangelegde veldvector. Dit geldt in elke richting, ongeacht de oriëntatie van het diamagnetische lichaam ten opzichte van het aangelegde veld.

Elk lichaam gemaakt van diamagnetisch materiaal verzwakt niet alleen het externe veld door de invloed van de Lenz-reactie, maar ervaart ook de werking van een bepaalde kracht als het externe veld niet-uniform is in de ruimte.

Deze kracht, die afhangt van de richting van de veldgradiënt en onafhankelijk is van de richting van het veld zelf, heeft de neiging het lichaam te verplaatsen van het gebied met een relatief sterk magnetisch veld naar het gebied met een zwakker veld, waar veranderingen in elektronenbanen zullen plaatsvinden. minimaal.

De mechanische kracht die op een diamagnetisch lichaam in een magnetisch veld werkt, is een maat voor de atoomkrachten die de orbitale elektronen in bolvormige banen houden.

Alle stoffen zijn diamagnetisch omdat hun basisbestanddelen dat zijn atomen met orbitale elektronen… Sommige stoffen creëren zowel Lenz-velden als spinvelden. Vanwege het feit dat spinvelden meestal veel sterker zijn dan Lenz-velden, overheersen de effecten als gevolg van spinvelden wanneer velden van beide typen voorkomen.

Diamagnetisme als gevolg van veranderingen in elektronenbanen is meestal zwak omdat de lokale velden die op individuele elektronen inwerken veel sterker zijn dan de toegepaste externe velden, die de neiging hebben om de banen van alle elektronen te veranderen. Omdat de orbitale veranderingen klein zijn, is de Lenz-reactie die met deze veranderingen gepaard gaat ook klein.

Tegelijkertijd is diamagnetisme het gevolg van willekeurige beweging plasma-elementen, manifesteert zich veel sterker dan diamagnetisme geassocieerd met een verandering in elektronenbanen, aangezien plasma-ionen en elektronen de werking van grote bindingskrachten niet ervaren.In dit geval veranderen relatief zwakke magnetische velden de deeltjestrajecten aanzienlijk.

Het diamagnetisme van vele individuele microscopische deeltjes die langs banen van verschillende typen bewegen, kan worden beschouwd als het resultaat van de invloed van het equivalente stroomcircuit rond het lichaam waarvan de substantie deze deeltjes bevat. Door deze stroom te meten, kan het diamagnetisme worden gekwantificeerd.

Diamagnetische levitatie:

Enkele voorbeelden van diamagnetische materialen zijn water, het metaal bismut, waterstof, helium en andere edelgassen, natriumchloride, koper, goud, silicium, germanium, grafiet, brons en zwavel.

Over het algemeen is diamagnetisme praktisch onzichtbaar, behalve de zogenaamde supergeleiders… Hier is het diamagnetische effect zo sterk dat supergeleiders bewegen zelfs over een magneet.

De demonstratie van diamagnetische levitatie gebruikte een plaat van pyrolytisch grafiet - het is een sterk diamagnetisch materiaal, dat wil zeggen een materiaal met een zeer negatieve magnetische gevoeligheid.

Dit betekent dat het materiaal in de aanwezigheid van een magnetisch veld wordt gemagnetiseerd, waardoor een tegengesteld magnetisch veld ontstaat dat ervoor zorgt dat het materiaal wordt afgestoten door de bron van het magnetische veld. Dit is het tegenovergestelde van wat er gebeurt met paramagnetische of ferromagnetische materialen die worden aangetrokken door bronnen van magnetische velden (bijvoorbeeld ijzer).

Pyrolytisch grafiet, een materiaal met een speciale structuur waardoor het een groot diamagnetisme heeft. Dit, gecombineerd met de lage dichtheid en de sterke magnetische velden die hiermee worden bereikt neodymium magneten, maakt het fenomeen zichtbaar zoals het is op deze foto's.

Het is experimenteel bevestigd dat diamagnetische materialen:

• De relatieve magnetische permeabiliteit is minder dan één;
• Negatieve magnetische inductie;
• Negatieve magnetische susceptibiliteit, praktisch onafhankelijk van de temperatuur.

Bij temperaturen onder de kritische temperatuur, tijdens de overgang van een stof naar een supergeleidende toestand, wordt het een ideale diamagneet:Meissner-effect en het gebruik ervan