Što je dijamagnetizam i dijamagnetski materijali

Dijamagnetski materijali se odbijaju magnetskim poljem, primijenjeno magnetsko polje stvara u njima inducirano magnetsko polje u suprotnom smjeru, uzrokujući odbojnu silu. Nasuprot tome, paramagnetske i feromagnetske materijale privlači magnetsko polje. Kod dijamagnetskih materijala magnetski tok opada, a kod paramagnetskih materijala raste.

Fenomen dijamagnetizma otkrio je Sebald Justinus Brugmans, koji je 1778. uočio da bizmut i antimon odbijaju magnetska polja. Pojam dijamagnetizam skovao je Michael Faraday u rujnu 1845. Shvatio je da svi materijali zapravo imaju neku vrstu dijamagnetskog učinka na vanjska magnetska polja.

Dijamagnetizam je vjerojatno najmanje poznati oblik magnetizma, unatoč činjenici da se dijamagnetizam pojavljuje u gotovo svim tvarima.

Svi smo navikli na magnetsku privlačnost zbog toga koliko često feromagnetski materijali a budući da imaju ogromnu magnetsku susceptibilnost.S druge strane, dijamagnetizam je gotovo nepoznat u svakodnevnom životu jer dijamagnetski materijali općenito imaju vrlo malu osjetljivost i stoga su odbojne sile gotovo zanemarive.

Fenomen dijamagnetizma izravna je posljedica djelovanja Lenzovih snaganastaje kada se tvar stavi u prostor u kojem postoje magnetska polja. Dijamagnetske tvari uzrokuju slabljenje bilo kojeg vanjskog magnetskog polja u kojem se nalaze. Lenzov vektor polja uvijek je usmjeren protiv vanjskog primijenjenog vektora polja. To vrijedi u bilo kojem smjeru, bez obzira na orijentaciju dijamagnetskog tijela u odnosu na primijenjeno polje.

Svako tijelo izrađeno od dijamagnetskog materijala ne samo da slabi vanjsko polje zbog utjecaja Lenzove reakcije, nego također doživljava djelovanje određene sile ako je vanjsko polje nejednoliko u prostoru.

Ova sila, koja ovisi o smjeru gradijenta polja i neovisna je o smjeru samog polja, teži premjestiti tijelo iz područja relativno jakog magnetskog polja u područje slabijeg polja—gdje će promjene u orbitama elektrona biti minimalan.

Mehanička sila koja djeluje na dijamagnetsko tijelo u magnetskom polju mjera je atomskih sila koje nastoje zadržati orbitalne elektrone u sfernim orbitama.

Sve su tvari dijamagnetične jer su njihovi osnovni sastojci atomi s orbitalnim elektronima… Neke tvari stvaraju i Lenzova polja i spinska polja. Zbog činjenice da su spinska polja obično mnogo jača od Lenzovih polja, kada se pojave oba tipa polja, obično prevladavaju učinci zbog spinskih polja.

Dijamagnetizam koji proizlazi iz promjena u orbitama elektrona obično je slab jer su lokalna polja koja djeluju na pojedinačne elektrone puno jača od primijenjenih vanjskih polja, koja nastoje promijeniti orbite svih elektrona. Budući da su promjene orbite male, Lenzova reakcija povezana s tim promjenama također je mala.

U isto vrijeme, dijamagnetizam je posljedica nasumičnog gibanja plazma elementi, očituje se mnogo jače od dijamagnetizma povezanog s promjenom orbita elektrona, budući da ioni plazme i elektroni ne doživljavaju djelovanje velikih sila vezivanja.U ovom slučaju relativno slaba magnetska polja značajno mijenjaju putanje čestica.

Dijamagnetizam mnogih pojedinačnih mikroskopskih čestica koje se kreću putanjama različitih vrsta može se smatrati rezultatom utjecaja strujnog kruga ekvivalentne struje koji okružuje tijelo čija tvar sadrži te čestice. Mjerenje te struje omogućuje kvantificiranje dijamagnetizma.

Dijamagnetska levitacija:

Neki primjeri dijamagnetskih materijala su voda, metalni bizmut, vodik, helij i drugi plemeniti plinovi, natrijev klorid, bakar, zlato, silicij, germanij, grafit, bronca i sumpor.

Općenito, dijamagnetizam je praktički nevidljiv, osim tzv supravodiči… Ovdje je dijamagnetski učinak toliko jak da supravodiči se čak kreću preko magneta.

U demonstraciji dijamagnetske levitacije korištena je ploča od pirolitičkog grafita — to je visoko dijamagnetski materijal, to jest materijal s vrlo negativnom magnetskom susceptibilnošću.

To znači da u prisutnosti magnetskog polja materijal postaje magnetiziran, stvarajući suprotno magnetsko polje koje uzrokuje odbijanje materijala od strane izvora magnetskog polja. To je suprotno od onoga što se događa s paramagnetskim ili feromagnetskim materijalima koje privlače izvori magnetskog polja (npr. željezo).

Pirolitički grafit, materijal s posebnom strukturom koja mu daje veliki dijamagnetizam. Ovo, u kombinaciji s njegovom niskom gustoćom i jakim magnetskim poljima koja se postižu neodimijski magneti, čini fenomen vidljivim kakav je na ovim fotografijama.

Eksperimentalno je potvrđeno da dijamagnetski materijali imaju:

• Relativna magnetska permeabilnost je manja od jedan;
• Negativna magnetska indukcija;
• Negativna magnetska osjetljivost, praktički neovisna o temperaturi.

Na temperaturama ispod kritičnih temperatura, tijekom prijelaza tvari u supravodljivo stanje, ona postaje idealni dijamagnet:Meissnerov efekt i njegova primjena