Was ist Diamagnetismus und diamagnetische Materialien?

Diamagnetische Materialien werden durch ein Magnetfeld abgestoßen. Das angelegte Magnetfeld erzeugt in ihnen ein induziertes Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung, wodurch eine abstoßende Kraft entsteht. Umgekehrt werden paramagnetische und ferromagnetische Materialien von einem Magnetfeld angezogen. Bei diamagnetischen Materialien nimmt der magnetische Fluss ab und bei paramagnetischen Materialien nimmt der magnetische Fluss zu.

Das Phänomen des Diamagnetismus wurde von Sebald Justinus Brugmans entdeckt, der 1778 bemerkte, dass Wismut und Antimon durch Magnetfelder abgestoßen werden. Der Begriff Diamagnetismus wurde im September 1845 von Michael Faraday geprägt. Er erkannte, dass alle Materialien tatsächlich eine diamagnetische Wirkung auf äußere Magnetfelder haben.

Diamagnetismus ist wahrscheinlich die am wenigsten bekannte Form des Magnetismus, obwohl Diamagnetismus in fast allen Substanzen vorkommt.

Aufgrund der Häufigkeit sind wir alle an magnetische Anziehung gewöhnt ferromagnetische Materialien und da sie eine enorme magnetische Anfälligkeit haben.Andererseits ist Diamagnetismus im Alltag nahezu unbekannt, da diamagnetische Materialien im Allgemeinen eine sehr geringe Suszeptibilität aufweisen und daher Abstoßungskräfte nahezu vernachlässigbar sind.

Das Phänomen des Diamagnetismus ist eine direkte Folge davon die Aktionen der Lenz-Kräftetritt auf, wenn eine Substanz in einen Raum gebracht wird, in dem magnetische Felder vorhanden sind. Diamagnetische Stoffe bewirken eine Schwächung des äußeren Magnetfeldes, in dem sie sich befinden. Der Lenz-Feldvektor ist immer gegen den von außen angelegten Feldvektor gerichtet. Dies gilt in jeder Richtung, unabhängig von der Ausrichtung des diamagnetischen Körpers in Bezug auf das angelegte Feld.

Jeder Körper aus diamagnetischem Material schwächt nicht nur das äußere Feld durch den Einfluss der Lenz-Reaktion, sondern erfährt auch die Wirkung einer bestimmten Kraft, wenn das äußere Feld im Raum ungleichmäßig ist.

Diese Kraft, die von der Richtung des Feldgradienten abhängt und unabhängig von der Richtung des Feldes selbst ist, neigt dazu, den Körper von der Region mit relativ starkem Magnetfeld in die Region mit schwächerem Feld zu bewegen – wo es zu Änderungen in den Elektronenbahnen kommt minimal.

Die mechanische Kraft, die in einem Magnetfeld auf einen diamagnetischen Körper wirkt, ist ein Maß für die atomaren Kräfte, die dazu neigen, die Orbitalelektronen auf sphärischen Bahnen zu halten.

Alle Stoffe sind diamagnetisch, weil ihre Grundbestandteile es sind Atome mit Orbitalelektronen… Manche Stoffe erzeugen sowohl Lenzfelder als auch Spinfelder. Da Spinfelder in der Regel deutlich stärker sind als Lenzfelder, überwiegen beim Auftreten von Feldern beider Arten meist die Effekte durch Spinfelder.

Der aus Änderungen der Elektronenbahnen resultierende Diamagnetismus ist normalerweise schwach, da die lokalen Felder, die auf einzelne Elektronen wirken, viel stärker sind als die angelegten externen Felder, die dazu neigen, die Bahnen aller Elektronen zu ändern. Da die Orbitaländerungen gering sind, ist auch die mit diesen Änderungen verbundene Lenz-Reaktion gering.

Gleichzeitig ist Diamagnetismus auf zufällige Bewegung zurückzuführen Plasmaelemente, manifestiert sich viel stärker als der Diamagnetismus, der mit einer Änderung der Elektronenbahnen verbunden ist, da Plasmaionen und Elektronen nicht der Wirkung großer Bindungskräfte ausgesetzt sind. In diesem Fall verändern relativ schwache Magnetfelder die Teilchenbahnen erheblich.

Der Diamagnetismus vieler einzelner mikroskopischer Teilchen, die sich auf Flugbahnen unterschiedlicher Art bewegen, kann als Ergebnis des Einflusses des Ersatzstromkreises betrachtet werden, der den Körper umgibt, dessen Substanz diese Teilchen enthält. Durch die Messung dieses Stroms kann der Diamagnetismus quantifiziert werden.

Diamagnetische Levitation:

Einige Beispiele für diamagnetische Materialien sind Wasser, das Metall Wismut, Wasserstoff, Helium und andere Edelgase, Natriumchlorid, Kupfer, Gold, Silizium, Germanium, Graphit, Bronze und Schwefel.

Im Allgemeinen ist Diamagnetismus praktisch unsichtbar, mit Ausnahme des sogenannten Supraleiter… Hier ist der diamagnetische Effekt so stark, dass Supraleiter bewegen sich sogar über einen Magneten.

Zur Demonstration der diamagnetischen Levitation wurde eine Platte aus pyrolytischem Graphit verwendet – es handelt sich um ein hochgradig diamagnetisches Material, also ein Material mit einer sehr negativen magnetischen Suszeptibilität.

Das bedeutet, dass das Material bei Vorhandensein eines Magnetfelds magnetisiert wird und ein entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, das dazu führt, dass das Material von der Quelle des Magnetfelds abgestoßen wird. Dies ist das Gegenteil von dem, was bei paramagnetischen oder ferromagnetischen Materialien geschieht, die von Magnetfeldquellen angezogen werden (z. B. Eisen).

Pyrolytischer Graphit, ein Material mit einer besonderen Struktur, die ihm einen großen Diamagnetismus verleiht. Dies in Kombination mit seiner geringen Dichte und den starken Magnetfeldern, die damit erreicht werden Neodym-Magneten, macht das Phänomen so sichtbar, wie es auf diesen Fotos ist.

Es wurde experimentell bestätigt, dass diamagnetische Materialien Folgendes aufweisen:

• Die relative magnetische Permeabilität beträgt weniger als eins;
• Negative magnetische Induktion;
• Negative magnetische Suszeptibilität, praktisch unabhängig von der Temperatur.

Bei Temperaturen unterhalb kritischer Temperaturen, beim Übergang eines Stoffes in einen supraleitenden Zustand, wird er zum idealen Diamagneten:Meissner-Effekt und seine Verwendung