Mi a diamágnesesség és a diamágneses anyagok
A diamágneses anyagokat mágneses tér taszítja, az alkalmazott mágneses tér ellentétes irányú indukált mágneses teret hoz létre bennük, taszító erőt okozva. Ezzel szemben a paramágneses és ferromágneses anyagokat mágneses tér vonzza. Diamágneses anyagoknál a mágneses fluxus csökken, paramágneses anyagoknál pedig nő.
A diamágnesesség jelenségét Sebald Justinus Brugmans fedezte fel, aki 1778-ban vette észre, hogy a bizmutot és az antimont a mágneses mezők taszítják. A diamágnesesség kifejezést Michael Faraday alkotta meg 1845 szeptemberében. Rájött, hogy minden anyagnak van valamiféle diamágneses hatása a külső mágneses mezőkre.
A diamágnesesség valószínűleg a mágnesesség legkevésbé ismert formája, annak ellenére, hogy a diamágnesesség szinte minden anyagban előfordul.
Mindannyian hozzászoktunk a mágneses vonzáshoz, mert milyen gyakran ferromágneses anyagok és mivel óriási mágneses szuszceptibilitásuk van.Másrészt a diamágnesesség szinte ismeretlen a mindennapi életben, mivel a diamágneses anyagok általában nagyon csekély érzékenységgel bírnak, ezért a taszító erők szinte elhanyagolhatóak.
A diamágnesesség jelensége egyenes következménye annak a Lenz-erők akcióiakkor fordul elő, ha egy anyagot olyan térbe helyeznek, ahol mágneses mezők vannak. A diamágneses anyagok minden olyan külső mágneses mező gyengülését okozzák, amelyben találhatók. A Lenz térvektor mindig a külsőleg alkalmazott térvektor ellen irányul. Ez minden irányban igaz, függetlenül a diamágneses testnek az alkalmazott térhez viszonyított orientációjától.
Bármely diamágneses anyagból készült test nemcsak a külső mezőt gyengíti a Lenz-reakció hatására, hanem egy bizonyos erő hatását is átéli, ha a külső tér térben nem egyenletes.
Ez az erő, amely a tér gradiensének irányától függ és független a tér irányától, hajlamos arra, hogy a testet a viszonylag erős mágneses tér tartományából a gyengébb tér tartományába mozgassa, ahol az elektronpályák változásai lesznek. minimális.
A mágneses térben a diamágneses testre ható mechanikai erő azon atomi erők mértéke, amelyek az orbitális elektronokat gömbpályán tartják.
Minden anyag diamágneses, mert alapvető összetevői azok atomok orbitális elektronokkal… Egyes anyagok Lenz-mezőket és spinmezőket is létrehoznak. Tekintettel arra, hogy a spin-mezők általában sokkal erősebbek, mint a Lenz-mezők, mindkét típusú mező előfordulásakor általában a spin-mezők okozta hatások dominálnak.
Az elektronpályák változásából adódó diamágnesesség általában gyenge, mert az egyes elektronokra ható lokális mezők sokkal erősebbek, mint az alkalmazott külső mezők, amelyek hajlamosak az összes elektron pályáját megváltoztatni. Mivel az orbitális változások kicsik, az ezekkel a változásokkal kapcsolatos Lenz-reakció is kicsi.
Ugyanakkor a diamágnesességet véletlenszerű mozgás okozza plazma elemek, sokkal erősebben nyilvánul meg, mint az elektronpályák változásával járó diamágnesesség, mivel a plazmaionok és elektronok nem tapasztalnak nagy kötőerők hatását, ilyenkor a viszonylag gyenge mágneses terek jelentősen megváltoztatják a részecskék pályáit.
A különböző típusú pályákon mozgó, sok egyedi mikroszkopikus részecske diamágnesességét felfoghatjuk a részecskéket tartalmazó testet körülvevő egyenértékű áramkör hatásának. Ennek az áramnak a mérése lehetővé teszi a diamágnesesség számszerűsítését.
Diamágneses levitáció:
A diamágneses anyagokra példa a víz, a fém-bizmut, a hidrogén, a hélium és más nemesgázok, a nátrium-klorid, a réz, az arany, a szilícium, a germánium, a grafit, a bronz és a kén.
Általában a diamagnetizmus gyakorlatilag láthatatlan, kivéve az ún szupravezetők… Itt a diamágneses hatás olyan erős, hogy a szupravezetők még egy mágnes felett is mozognak.
A diamágneses levitáció bemutatásához pirolitikus grafitlemezt használtak – ez egy erősen diamágneses anyag, vagyis egy nagyon negatív mágneses szuszceptibilitású anyag.
Ez azt jelenti, hogy mágneses tér jelenlétében az anyag mágnesezetté válik, ezzel ellentétes mágneses teret hozva létre, ami miatt az anyagot a mágneses tér forrása taszítja. Ez az ellenkezője annak, ami a paramágneses vagy ferromágneses anyagokkal történik, amelyek vonzódnak a mágneses térforrásokhoz (pl. vas).
Pirolitikus grafit, egy speciális szerkezetű anyag, amely nagy diamágnesességet kölcsönöz neki. Ez alacsony sűrűségével és az ezzel elérhető erős mágneses mezőkkel kombinálva neodímium mágnesek, láthatóvá teszi a jelenséget úgy, ahogy ezeken a fotókon látható.
Kísérletileg igazolták, hogy a diamágneses anyagok:
- A relatív mágneses permeabilitás kisebb, mint egy;
- Negatív mágneses indukció;
- Negatív mágneses szuszceptibilitás, gyakorlatilag hőmérséklettől független.
A kritikus hőmérséklet alatti hőmérsékleten az anyag szupravezető állapotba való átmenete során ideális diamágnes lesz:Meissner-effektus és felhasználása