Диамагнетики

Диамагне́тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость = M/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.

Содержание

История

В 1778 году C. Дж. Бергман стал первым человеком, заметившим, что висмут и сурьма отталкиваются магнитным полем. Однако термин «диамагнетизм» был введен позже (в сентябре 1845 года) Майклом Фарадеем, когда он понял, что все материалы в природе обладают в некоторой степени диамагнитным характером ответа на приложенное к ним магнитное поле.

Вещества — диамагнетики

К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения. Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик.

Диамагнитная левитация

См. также

Примечания

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Диамагнетики» в других словарях:

ДИАМАГНЕТИКИ — вещества с (см.) м … Большая политехническая энциклопедия

ДИАМАГНЕТИКИ — в ва, намагничивающиеся навстречу направлению действующего на них внеш. магн. поля. В отсутствие внеш. магн. поля Д. не имеют магн. момента. Диамагнетизм присущ всем в вам, но поскольку диамагнитная восприимчивость cd (см. Магнитная… … Химическая энциклопедия

ДИАМАГНЕТИКИ — – вещества, не имеющие собственного магнитного момента, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле в противоположном ему направлении. Магнитная восприимчивость диамагнетиков всегда отрицательная, ее величина не превышает 10 5 ед. СИ и не зависит … Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.

Диамагнетик — Диамагнетики вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I… … Википедия

Магнитная восприимчивость — физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе. Объёмная М. в. равна отношению намагниченности единицы объёма вещества J к напряжённости Н… … Большая советская энциклопедия

МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ — последовательность магнетиков, по к рым проходит магнитный поток. Понятием М. ц. широко пользуются при расчётах пост. магнитов, электромагнитов, реле, магн. усилителей, электроизмерит. и др. приборов. В технике распространены как М. ц., в к рых… … Физическая энциклопедия

РЕЛАКСАЦИЯ МАГНИТНАЯ — процесс установления термодинамич. равновесия в системе магн. моментов вещества. Как правило, Р. м. сложный, многоступенчатый процесс; его характеризуют разл. временами релаксации (см. также Релаксация). Магн. свойства веществ (за исключением… … Физическая энциклопедия

магнетик — а; м. Вещество, обладающее свойствами магнита. * * * магнетик вещество, обладающее магнитными свойствами. Различают ферромагнетики, ферримагнетики, антиферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики и другие типы магнетика. * * * МАГНЕТИК МАГНЕТИК,… … Энциклопедический словарь

твёрдое тело — агрегатное состояние вещества, отличающееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов, которые совершают малые колебания около положений равновесия. Различают кристаллические и аморфные твердые тела. В первых существует… … Энциклопедический словарь

диамагнетизм — Термин диамагнетизм Термин на английском diamagnetism Синонимы Аббревиатуры Связанные термины Определение (от греч. диа расхождение), свойство тел намагничиваться в направлении, противоположном действующему на них внешнему магнитному полю.… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Источник

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Все вещества в зависимости от выраженности магнитных свойств делятся на сильномагнитные и слабомагнитные. Магнетики можно разделить по видам механизма, вызывающего намагничивание.

Что такое диамагнетики

Диамагнетики являются слабомагнитными веществами: они не магнитятся, если на них не действует магнитное поле.

Если парамагнетики внести во внешнее магнитное поле, то в их атомах начинается движение электронов, порождающее ориентированный круговой ток.

Круговой ток, в свою очередь, порождает магнитную индукцию, дополнительную по отношению к внешним полям. Вектор этой индукции направлен против внешнего поля. Силу воздействия внешнего поля можно найти так:

Диамагнетики бывают следующих видов:

Ниже представлена схема, которая наглядно показывает данную зависимость в случае с классическими диамагнетиками (в слабом магнитном поле):

Что такое парамагнетики

Если направления векторов B → и p m → совпадут, то величина энергии будет минимальной.

Если мы внесем парамагнетик во внешнее магнитное поле, то магнитные моменты получат преимущественную ориентацию в направлении поля, соответствующую распределению Больцмана.

Иными словами, вещество намагничивается: дополнительное поле усиливается за счет совпадения с внешним. При этом угол между векторами остается неизменным.

Смена ориентации магнитных моментов по распределению Больцмана связана со столкновениями и взаимодействием атомов между собой. В отличие от диамагнетиков, магнитная восприимчивость парамагнетиков меняется в зависимости от температуры в соответствии с законом Кюри или законом Кюри-Вейсса.

При совпадении частоты прецессии с частотой переменного магнитного поля момент сил, создаваемый этим полем, будет либо постоянно увеличивать указанный угол, либо постоянно уменьшать. Это называется явлением парамагнитного резонанса.

Если магнитное поле слабое, то намагниченность в парамагнетиках будет пропорциональна напряженности поля и может быть выражена следующей формулой:

Что такое ферромагнетики

В отличие от двух перечисленных выше магнетиков, ферромагнетики являются сильномагнитными веществами.

Ферромагнетики – это вещества с высокой магнитной проницаемостью, зависящей от внешнего магнитного поля.

Данные вещества могут иметь так называемую остаточную намагниченность. Выразить зависимость восприимчивости ферромагнетиков от напряженности внешнего магнитного поля можно с помощью функции. Она представлена на схеме ниже:

Намагниченность ферромагнетика имеет пределы насыщения. Это указывает нам на природу возникновения намагниченности в таких веществах: она образуется путем смены ориентации магнитных моментов вещества. Для ферромагнетиков также характерно такое явление, как гистерезис.

В магнитном отношении все ферромагнетики делят на мягкие и жесткие. Первые из них имеют высокую магнитную проницаемость и способны легко намагничиваться и размагничиваться. Они имеют широкое применение в электротехнических приборах, основанных на работе переменных полей (например, трансформаторов). Жесткие ферромагнетики имеют сравнительно небольшую проницаемость и намагничиваются трудно. Их используют при производстве постоянных магнитов.

Условие: на схеме выше (рис. 3 ) показана кривая намагниченности ферромагнетика. Постройте кривую, выражающую зависимость B ( H ) и определите, возможно ли насыщение для магнитной индукции. Поясните свой вывод.

Мы знаем отношение вектора магнитной индукции к вектору намагниченности.

Из этого можно сделать вывод, что насыщения кривая B ( H ) иметь не может. Создадим график зависимости напряженности внешнего поля от индукции магнитного поля в соответствии с рисунком выше. Мы получили схему, называемую кривой намагничивания:

Ответ: кривая индукции не имеет насыщения.

Взяв высокие температуры и небольшие поля, получим следующее:

Возьмем нужную формулу и подставим в нее полученное значение:

В итоге формула намагниченности будет выглядеть так:

Поскольку модуль намагниченности связан с модулем вектора ( J = χ H ), мы можем записать результат:

Источник

Понятие о диамагнетиках: свойства, характеристики

Что такое диамагнетики

Наблюдения за микроскопическими плотностями токов в условиях намагниченного вещества показывают их сложность и сильные изменения даже на атомном уровне. Большой интерес для ученых представляют средние магнитные поля, которые образуются большим количеством атомов. Магнетические материалы подразделяются на несколько групп, включая диамагнетики.

Диамагнетизм (от греческого слова dia, означающего расхождение и магнетизм) — это свойство материалов намагничиваться навстречу воздействующему магнитному полю.

Диамагнетики — это вещества, в которых атомы обладают нулевыми магнитными моментами, когда на них не действует внешнее поле, то есть взаимно скомпенсированными магнитными моментами.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

При воздействии на диамагнитный материал внешнего магнитного поля наблюдается изменение в строении, то есть приобретение его атомами наведенных магнитных моментов. Если рассматривать малый объем изотропного диамагнетика, то можно заметить, что его атомы обладают одинаковыми наведенными магнитными моментами, которые направлены в противоположную сторону от внешнего магнитного поля.

Первый эксперимент с диамагнетиками такими, как висмут и сурьма, был проведен в 1778 году С.Дж. Бергманом. Он наблюдал, как вещества отталкиваются магнитным полем. Позже в сентябре 1848 года Майкл Фарадей ввел понятие диамагнетизма.

Свойства диамагнетиков

Все материалы обладают магнитными свойствами и называются магнетиками. Степень и характер взаимодействия материалов с внешним магнитным полем дает представление о природе магнетизма.

Диамагнетики имеют несколько свойств:

Разновидности

Диамагнетические вещества обладают особыми магнитными свойствами. В рамках группы данные материалы классифицируют на несколько категорий:

Химические элементы диамагнетики

Ярким примером диамагнетических веществ являются разные типы инертных газов. К группе диамагнетиков также относятся:

Многие органические и неорганические соединения характеризуются диамагнетическими свойствами. Человеческое тело под воздействием магнитного поля также становится диамагнетиком.

Источник

Что такое диамагнетизм и диамагнитные материалы

Диамагнитные материалы отталкиваются магнитным полем, приложенное магнитное поле создает в них индуцированное магнитное поле в противоположном направлении, вызывая силу отталкивания. Напротив, парамагнитные и ферромагнитные материалы притягиваются магнитным полем. В диамагнитных материалах магнитный поток уменьшается, а в парамагнитных материалах магнитный поток увеличивается.

Явление диамагнетизма было открыто Зебальдом Юстинусом Бругмансом, который в 1778 году заметил, что висмут и сурьма отталкиваются магнитными полями. Термин диамагнетизм был введен Майклом Фарадеем в сентябре 1845 года. Он понял, что все материалы на самом деле обладают своего рода диамагнитным действием на внешние магнитные поля.

Диамагнетизм, вероятно, является наименее известной формой магнетизма, несмотря на то, что диамагнетизм встречается почти во всех веществах.

Мы все привыкли к магнитному притяжению из-за того, насколько распространены ферромагнитные материалы и потому, что они обладают огромной магнитной восприимчивостью. С другой стороны, диамагнетизм почти неизвестен в повседневной жизни, потому что в целом диамагнитные материалы обладают очень малой восприимчивостью и, следовательно, силами отталкивания почти пренебрежимо мало.

Явление диамагнетизма — это прямое следствие действия сил Ленца, возникающих при помещении вещества в пространство, где имеются магнитные поля. Диамагнитные вещества вызывают ослабление любого внешнего магнитного поля, в котором они находятся. Вектор поля Ленца всегда направлен противоположно вектору поля, приложенного извне. Это справедливо для любого направления независимо от ориентации диамагнитного тела относительно приложенного поля.

Любое тело, изготовленное из диамагнитного материала, не только ослабляет внешнее поле из-за влияния противодействия Ленца, но испытывает также действие определенной силы, если внешнее поле неравномерно в пространстве.

Эта сила, зависящая от направления градиента поля и не зависящая от направления самого поля, стремится переместить тело из области относительно сильного магнитного поля в область более слабого поля — туда, где изменения электронных орбит будут минимальны.

Механическая сила, действующая на диамагнитное тело в магнитном поле, является мерой атомных сил, стремящихся удержать орбитальные электроны на сферических орбитах.

Все вещества являются диамагнитными, поскольку их элементарные составные части — это атомы с орбитальными электронами. Некоторые вещества создают как поля Ленца, так и спиновые поля. Вследствие того что спиновые поля обычно намного сильнее, чем поля Ленца, при возникновении полей обоих типов, как правило, преобладают эффекты, обусловленные спиновыми полями.

Диамагнетизм, являющийся результатом изменения электронных орбит, обычно бывает слабо выражен, так как локальные поля, воздействующие на отдельные электроны, намного сильнее, чем приложенные внешние поля, стремящиеся изменить орбиты всех электронов. Поскольку изменения орбиты малы, связанное с этими изменениями противодействие Ленца также невелико.

В то же время диамагнетизм, обусловленный случайным движением элементов плазмы, проявляется значительно сильнее, чем диамагнетизм, связанный с изменением электронных орбит, так как ионы и электроны плазмы не испытывают действие больших сил связи. В этом случае относительно слабые магнитные поля существенно изменяют траектории частиц.

Диамагнетизм множества отдельных микроскопических частиц, движущихся по траекториям различных видов, можно рассматривать как результат влияния эквивалентного контура тока, окружающего тело, вещество которого содержит эти частицы. Измерение этого тока позволяет дать количественную оценку диамагнетизма.

Некоторые примеры диамагнитных материалов: вода, металлический висмут, водород, гелий и другие благородные газы, хлорид натрия, медь, золото, кремний, германий, графит, бронза и сера.

В целом, диамагнетизм практически не заметен, за исключением так называемых сверхпроводников. Здесь диамагнитный эффект настолько силен, что сверхпроводники даже парят над магнитом.

Это означает, что в присутствии магнитного поля материал намагничивается, создавая противоположное магнитное поле, в результате чего материал отталкивается источником магнитного поля. Это противоположно тому, что происходит с парамагнитными или ферромагнитными материалами, которые притягиваются источниками магнитного поля (например, с железом).

Пиролитический графит, материал, имеющий особую структуру, которая придает ему большой диамагнетизм. Это, в сочетании с его низкой плотностью и сильными магнитными полями, которые достигаются с помощью неодимовых магнитов, делает явление заметным, как на этих фотографиях.

Экспериментально подтверждено, что диамагнитные материалы обладают:

При температурах ниже критических температур при переходе вещества в сверхпроводящее состояние оно превращается в идеальный диамагнетик: Эффект Мейснера и его использование

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Магнетизм

Благодаря различию свойств на уровне атомно-молекулярного строения все вещества по своим магнитным свойствам подразделяются на три класса — ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.

Согласно закону Ампера, электрический ток производит магнитное поле. Электрон, вращающийся вокруг атома, можно рассматривать как циклический электрический ток очень малой силы и радиуса. Однако магнитное поле он, и это не удивительно, всё равно индуцирует. Фактически же, все электроны, вращаясь вокруг атомов, производят свое магнитное поле, и каждый атом, как следствие, обладает собственным магнитным полем, которое представляет собой суммарное поле, или суперпозицию магнитных полей отдельных электронов.

Теперь мы подходим к главному. В некоторых атомах равное число электронов вращается во всевозможных направлениях, и их магнитные поля взаимно гасятся. Однако в атомах некоторых элементов орбиты электронов могут быть ориентированы таким образом, что часть электронов производит магнитные поля, остающиеся некомпенсированными за счет полей электронов, обращающихся в противоположном направлении. И когда такие магнитные поля, связанные с вращением электронов по орбите, к тому же оказываются одинаково направленными у всех атомов кристаллической структуры вещества, он, в целом, создает вокруг себя стабильное и достаточно сильное магнитное поле. Любой фрагмент такого вещества представляет собой маленький магнит с четко выраженными северным и южным полюсами.

Именно совокупное поведение таких мини-магнитов атомов кристаллической решетки и определяет магнитные свойства вещества. По своим магнитным свойствам вещества делятся на три основных класса: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Имеется также два обособленных подкласса материалов, выделенных из общего класса ферромагнетиков — антиферромагнетики и ферримагнетики. В обоих случаях эти вещества относятся к классу ферромагнетиков, но обладают особыми свойствами при низких температурах: магнитные поля соседних атомов выстраиваются строго параллельно, но в противоположных направлениях. Антиферромагнетики состоят из атомов одного элемента и, как следствие, их магнитное поле становится равным нулю. Ферримагнетики представляют собой сплав двух и более веществ, и результатом суперпозиции противоположно направленных полей становится макроскопическое магнитное поле, присущее материалу в целом.

Ферромагнетики

Некоторые вещества и сплавы (прежде всего, следует отметить железо, никель и кобальт) при температуре ниже точки Кюри приобретают свойство выстраивать свою кристаллическую решетку таким образом, что магнитные поля атомов оказываются однонаправленными и усиливают друг друга, благодаря чему возникает макроскопическое магнитное поле за пределами материла. Из таких материалов получаются постоянные магниты. На самом деле магнитное выравнивание атомов обычно не распространяется на неограниченный объем ферромагнитного материала: намагничивание ограничивается объемом, содержащим от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч атомов, и такой объем вещества принято называть доменом (от английского domain — «область»). При остывании железа ниже точки Кюри формируется множество доменов, в каждом из которых магнитное поле ориентировано по-своему. Поэтому в обычном состоянии твердое железо не намагничено, хотя внутри него образованы домены, каждый из которых представляет собой готовый мини-магнит. Однако под воздействием внешних условий (например, при застывании выплавленного железа в присутствии мощного магнитного поля) домены выстраиваются упорядоченно и их магнитные поля взаимно усиливаются. Тогда мы получаем настоящий магнит — тело, обладающее ярко выраженным внешним магнитным полем. Именно так устроены постоянные магниты.

Парамагнетики

В большинстве материалов внутренние силы выравнивания магнитной ориентации атомов отсутствуют, домены не образуются, и магнитные поля отдельных атомов направлены случайным образом. Из-за этого поля отдельных атомов-магнитов взаимно гасятся, и внешнего магнитного поля у таких материалов нет. Однако при помещении такого материала в сильное внешнее поле (например, между полюсами мощного магнита) магнитные поля атомов ориентируются в направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля, и мы наблюдаем эффект усиления магнитного поля в присутствии такого материла. Материалы, обладающие подобными свойствами, называются парамагнетиками. Стоит, однако убрать внешнее магнитное поле, как парамагнетик тут же размагничивается, поскольку атомы снова выстраиваются хаотично. То есть, парамагнетики характеризуются способностью к временному намагничиванию.

Диамагнетики

В веществах, атомы которых не обладают собственным магнитным моментом (то есть в таких, где магнитные поля гасятся еще в зародыше — на уровне электронов), может возникнуть магнетизм иной природы. Согласно второму закону электромагнитной индукции Фарадея, при увеличении потока магнитного поля, проходящего через токопроводящий контур, изменение электрического тока в контуре противодействует увеличению магнитного потока. Вследствие этого, если вещество, не обладающее собственными магнитными свойствами, ввести в сильное магнитное поле, электроны на атомных орбитах, представляющие собой микроскопические контуры с током, изменят характер своего движения таким образом, чтобы воспрепятствовать увеличению магнитного потока, то есть, создадут собственное магнитное поле, направленное в противоположную по сравнению с внешним полем сторону. Такие материалы принято называть диамагнетиками.

В отношении магнитных свойств вещества важно усвоить, что они зависят от конфигурации электронных орбит атомов. Даже после разбиения на отдельные атомы железо, например, сохранит свои ферромагнитные свойства. А вот при дальнейшем дроблении вы получите лишь элементарные частицы, которые собственными магнитными свойствами не обладают, и описать природу магнетизма будет уже нельзя. Итак, магнитные свойства вещества зависят исключительно от конфигурации элементарных частиц в составе атома и организации кристаллических доменов, но никак ни от свойства заряженных частиц атомной структуры.

Источник