Διαμαγνητικά Υλικά και τα Παραδείγματά τους
Ο μαγνητισμός είναι μια καταπληκτική δύναμη. Ίσως μερικές φορές αναρωτιέστε πώς είναι δυνατό ένα τέτοιο φαινόμενο. Καθημερινά συναντάμε αντικείμενα όπως νερό, ξύλο, χρυσός κ.λπ., χωρίς καν να γνωρίζουμε ότι αυτά τα υλικά δείχνουν διαμαγνητισμό. Αυτά τα υλικά είναι διαμαγνητικά υλικά που δείχνουν την απωθητική ιδιότητα των μαγνητικών πεδίων.
Έγινε ένα διάσημο πείραμα στο οποίο ένας βάτραχος ανυψώθηκε από ένα διαμαγνητικό μέταλλο παρουσία άλλων μαγνητικών πεδίων. Ένα άλλο πείραμα έδειξε ότι το νερό απωθεί τους υπεραγωγούς. Είναι φοβερό να βλέπεις πώς αυτά τα πράγματα μπορούν να επιπλέουν και να ανεβαίνουν λόγω του διαμαγνητισμού. Ας δούμε τι κάνει αυτά τα υλικά διαμαγνητικά και τις εφαρμογές τους.
Τι είναι τα Διαμαγνητικά Υλικά;
Τα διαμαγνητικά υλικά είναι υλικά και ουσίες που απωθούνται από ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό οφείλεται στο επαγόμενο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ένα εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα δίπολο στο υλικό και τα επαγόμενα δίπολα αντιτίθενται στο εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο. Έτσι, τα υλικά που έχουν ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια είναι ιδιότητα των διαμαγνητικών υλικών. Το υλικό είναι γνωστό ως διαμαγνητικό και αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως διαμαγνητισμός. Ο Michael Faraday ανακάλυψε τον διαμαγνητισμό στη δεκαετία του 1840, κάτι που μπορεί επίσης να αποδείξει ο νόμος του Faraday.
Μπορούμε να δούμε διαμαγνητικά υλικά στην καθημερινή μας ζωή, όπως νερό, μερικά πλαστικά, ξύλο κ.λπ.
Ανακάλυψη του Διαμαγνητισμού
Ο Μπρούγκμαν ανακάλυψε για πρώτη φορά τον διαμαγνητισμό το 1778. Δήλωσε για πρώτη φορά ότι τα μαγνητικά πεδία απωθούν το βισμούθιο. Τελικά το 1845 ο Michael Faraday απέδειξε ότι ήταν μια ιδιότητα που εμφανιζόταν από την ύλη όταν εφαρμόστηκε οποιοδήποτε μαγνητικό πεδίο.
Ιδιότητες διαμαγνητικών υλικών
Τα Διαμαγνητικά υλικά τοποθετούνται κάθετα στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου όταν αιωρούνται ελεύθερα σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.
Μετακινούνται από το ισχυρότερο στο ασθενέστερο τμήμα του μαγνητικού πεδίου όταν αιωρούνται ελεύθερα σε ένα μη ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.
Έχουν σχετική διαπερατότητα μικρότερη από 1.
Η ευαισθησία τους είναι ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία.
Οι μαγνήτες τους απωθούν.
Η προκύπτουσα μαγνητική ροπή είναι μηδέν.
Σημασία Διαμαγνητικών Υλικών
Αυτοί οι μαγνήτες χρησιμοποιούνται ως στοιχεία των περισσότερων συστημάτων Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού (MRI).
Το βισμούθιο, το οποίο δείχνει τον ισχυρότερο διαμαγνητισμό, χρησιμοποιείται στα όπλα.
Ο πυρολυτικός γραφίτης είναι επίσης ένα ισχυρά διαμαγνητικό υλικό που μπορεί να επιπλέει σε ένα μαγνητικό πεδίο.
Αυτά τα υλικά είναι ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία, επομένως δεν λιώνουν στη θερμότητα.
Παραδείγματα διαμαγνητικών υλικών
Νερό
Πρωτοπόρος
Άνθρακας (διαμάντι και γραφίτης)
Βισμούθιο
Ασημί
Ερμής
Χαλκός
Νέον
Πυρολυτικός άνθρακας
Διαμαγνητική ευαισθησία
Η μέση μεταβολή της μαγνητικής ροπής ανά άτομο ονομάζεται διαμαγνητική επιδεκτικότητα. Η μαγνητική ευαισθησία είναι ꭓ <0, που σημαίνει ότι θα είναι πάντα αρνητική τιμή. Είναι ο λόγος της μαγνήτισης M προς το εφαρμοζόμενο πεδίο H, χm =M/H.
Γενικά σημεία που πρέπει να θυμάστε
Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στο επαγόμενο πεδίο που προκαλείται από το εφαρμοζόμενο πεδίο, κάνοντας τα ηλεκτρόνια να μετακινούνται από ισχυρότερα σημεία σε ασθενέστερα σημεία.
Αν ένα ηλεκτρόνιο περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα (w), θα παράγει ρεύμα (I) και μαγνητικό πεδίο ορθογώνια προς το επίπεδο. Στη συνέχεια, το ρεύμα θα δοθεί από
I =ew/2ꙥc
Όπου "e" είναι το φορτίο ενός ηλεκτρονίου και "c" η ταχύτητα του φωτός.
Η μαγνητική διαπερατότητα των διαμαγνητικών ουσιών είναι μικρότερη από τη διαπερατότητα του κενού.
Η σχετική διαπερατότητα των διαμαγνητικών υλικών είναι μικρότερη από τη μονάδα.
Η ευαισθησία μπορεί να οριστεί ως χv =μv – 1
Εφαρμογή Διαμαγνητικών Υλικών ή Διαμαγνητισμός
Η χρησιμότητα του διαμαγνητισμού έχει οδηγήσει σε πολλές χρήσεις και εφαρμογές διαμαγνητικών υλικών. Μερικά από αυτά δίνονται παρακάτω.
Τα ισχυρά διαμαγνητικά υλικά μπορούν να ανυψωθούν εάν οι μαγνήτες είναι αρκετά ισχυροί.
Το φαινόμενο Meissner περιγράφει πώς ορισμένα υλικά και αντικείμενα μπορούν εύκολα να ανυψωθούν με την παρουσία ενός άλλου ισχυρού μόνιμου μαγνήτη.
Οι υπεραγωγοί αναφέρονται ως τέλεια διαμαγνητικά υλικά.
Τα διαμαγνητικά υλικά έχουν μηδέν το μαγνητόνιο Bohr.
Το υλικό δεν θα εμφανίζει διαμαγνητισμό εάν έχει περιττούς αριθμούς ηλεκτρονίων.
Συμπέρασμα
Τα διαμαγνητικά υλικά είναι εκείνα τα υλικά που οι άνθρωποι βρίσκουν μη μαγνητικά όπως το ξύλο, το νερό, ο χρυσός, ο χαλκός κ.λπ. Αυτά τα υλικά δείχνουν την ιδιότητα του διαμαγνητισμού. Δεν έλκονται από κανένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό συμβαίνει επειδή έχουν δίπολα που προκαλούνται από το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο δημιουργεί έτσι ένα επαγόμενο μαγνητικό πεδίο. Το επαγόμενο μαγνητικό πεδίο αντιτίθεται στο εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο, καθιστώντας την προκύπτουσα μαγνητική ροπή μηδέν.
Ο διαμαγνητισμός υπάρχει σε όλα τα υλικά, αλλά αυτό το φαινόμενο είναι τόσο αδύναμο που παραμελείται σε σύγκριση με άλλα παραμαγνητικά και σιδηρομαγνητικά φαινόμενα.
Ο διαμαγνητισμός είναι δυνατός σε στερεά, υγρά και αέρια. Ο ρόλος που έπαιξε ο Μπρούγκμανς παραμένει άγνωστος καθώς είπε μόνο ότι ένα μαγνητικό πεδίο απώθησε το βισμούθιο. Επίσης, αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε από τον Faraday. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές των διαμαγνητικών υλικών. Ορισμένοι σούπερ μαγνήτες ταξινομούνται επίσης ως διαμαγνητικά αντικείμενα.
Εάν ένας σούπερ μαγνήτης καλύπτεται με ένα στρώμα νερού, το νερό απωθεί ελαφρά τον μαγνήτη ή το αντίστροφο. Αυτό το πείραμα μπορεί εύκολα να δείξει ότι το νερό είναι διαμαγνητικό υλικό και δείχνει τις ιδιότητες του διαμαγνητισμού.
Επίσης, σε ορισμένες περιπτώσεις, τα διαμαγνητικά φαινόμενα έχουν αποδειχθεί ισχυρότερα από τα παραμετρικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, ο χρυσός έχει μαγνητική επιδεκτικότητα μικρότερη από 0, αλλά αν μετρηθεί προσεκτικά με μαγνητική κυκλική διχρωμία ακτίνων Χ, εμφανίζει αδύναμα φαινόμενα παραμαγνήτη. Ένα ισχυρότερο διαμαγνητικό πεδίο ή αποτέλεσμα μπορεί να υπερνικήσει αυτό το φαινόμενο.
