Cos'è il diamagnetismo e i materiali diamagnetici

I materiali diamagnetici sono respinti da un campo magnetico, il campo magnetico applicato crea in essi un campo magnetico indotto nella direzione opposta, provocando una forza repulsiva. Al contrario, i materiali paramagnetici e ferromagnetici sono attratti da un campo magnetico. Per i materiali diamagnetici, il flusso magnetico diminuisce e per i materiali paramagnetici, il flusso magnetico aumenta.

Il fenomeno del diamagnetismo fu scoperto da Sebald Justinus Brugmans, che nel 1778 notò che il bismuto e l'antimonio venivano respinti dai campi magnetici. Il termine diamagnetismo fu coniato da Michael Faraday nel settembre 1845. Si rese conto che tutti i materiali hanno effettivamente una sorta di effetto diamagnetico sui campi magnetici esterni.

Il diamagnetismo è probabilmente la forma meno conosciuta di magnetismo, nonostante il diamagnetismo si presenti in quasi tutte le sostanze.

Siamo tutti abituati all'attrazione magnetica a causa della frequenza materiali ferromagnetici e poiché hanno un'enorme suscettività magnetica.D'altra parte, il diamagnetismo è quasi sconosciuto nella vita di tutti i giorni perché i materiali diamagnetici in generale hanno una suscettibilità molto bassa e quindi le forze repulsive sono quasi trascurabili.

Il fenomeno del diamagnetismo ne è una diretta conseguenza le azioni delle forze di Lenzsi verifica quando una sostanza viene posta in uno spazio in cui sono presenti campi magnetici. Le sostanze diamagnetiche provocano l'indebolimento di qualsiasi campo magnetico esterno in cui si trovano. Il vettore campo di Lenz è sempre diretto contro il vettore campo applicato esternamente. Questo è vero in qualsiasi direzione, indipendentemente dall'orientamento del corpo diamagnetico rispetto al campo applicato.

Qualsiasi corpo fatto di materiale diamagnetico non solo indebolisce il campo esterno a causa dell'influenza della reazione di Lenz, ma subisce anche l'azione di una certa forza se il campo esterno non è uniforme nello spazio.

Questa forza, che dipende dalla direzione del gradiente di campo ed è indipendente dalla direzione del campo stesso, tende a spostare il corpo dalla regione di campo magnetico relativamente forte alla regione di campo più debole, dove si verificheranno i cambiamenti nelle orbite degli elettroni. minimo.

La forza meccanica che agisce su un corpo diamagnetico in un campo magnetico è una misura delle forze atomiche che tendono a mantenere gli elettroni orbitali in orbite sferiche.

Tutte le sostanze sono diamagnetiche perché lo sono i loro costituenti di base atomi con elettroni orbitali… Alcune sostanze creano sia campi di Lenz che campi di spin. A causa del fatto che i campi di spin sono generalmente molto più forti dei campi di Lenz, quando si verificano campi di entrambi i tipi, gli effetti dovuti ai campi di spin di solito predominano.

Il diamagnetismo risultante dai cambiamenti nelle orbite degli elettroni è solitamente debole perché i campi locali che agiscono sui singoli elettroni sono molto più forti dei campi esterni applicati, che tendono a cambiare le orbite di tutti gli elettroni. Poiché i cambiamenti orbitali sono piccoli, anche la reazione di Lenz associata a questi cambiamenti è piccola.

Allo stesso tempo, il diamagnetismo è dovuto al movimento casuale elementi plasmatici, si manifesta molto più fortemente del diamagnetismo associato a un cambiamento nelle orbite degli elettroni, poiché gli ioni plasma e gli elettroni non subiscono l'azione di grandi forze di legame... In questo caso, campi magnetici relativamente deboli cambiano significativamente le traiettorie delle particelle.

Il diamagnetismo di molte singole particelle microscopiche che si muovono lungo traiettorie di diverso tipo può essere considerato come il risultato dell'influenza del circuito di corrente equivalente che circonda il corpo la cui sostanza contiene queste particelle. La misurazione di questa corrente consente di quantificare il diamagnetismo.

Levitazione diamagnetica:

Alcuni esempi di materiali diamagnetici sono l'acqua, il bismuto metallico, l'idrogeno, l'elio e altri gas nobili, il cloruro di sodio, il rame, l'oro, il silicio, il germanio, la grafite, il bronzo e lo zolfo.

In generale, il diamagnetismo è praticamente invisibile, ad eccezione del cosiddetto superconduttori… Qui l'effetto diamagnetico è così forte che i superconduttori si muovono persino su un magnete.

La dimostrazione della levitazione diamagnetica ha utilizzato una lastra di grafite pirolitica: è un materiale altamente diamagnetico, cioè un materiale con una suscettività magnetica molto negativa.

Ciò significa che in presenza di un campo magnetico, il materiale si magnetizza, creando un campo magnetico opposto che fa sì che il materiale venga respinto dalla sorgente del campo magnetico. Questo è l'opposto di ciò che accade con materiali paramagnetici o ferromagnetici che sono attratti da sorgenti di campi magnetici (es. ferro).

Grafite pirolitica, un materiale con una struttura particolare che gli conferisce un grande diamagnetismo. Questo, combinato con la sua bassa densità e i forti campi magnetici con cui si ottengono magneti al neodimio, rende visibile il fenomeno così com'è in queste foto.

È stato confermato sperimentalmente che i materiali diamagnetici hanno:

• La permeabilità magnetica relativa è inferiore a uno;
• Induzione magnetica negativa;
• Suscettività magnetica negativa, praticamente indipendente dalla temperatura.

A temperature inferiori alle temperature critiche, durante la transizione di una sostanza in uno stato superconduttore, diventa un diamagnete ideale:Effetto Meissner e suo utilizzo