Что такое диамагнетики

В электронике большую роль играет взаимодействие проводников с магнитным полем, вызванным электрическим током. Для одних частей схем данное поле необходимо, а на другие части оно влияет пагубно.

Диамагнетики

Поэтому для таких частей цепи применяются диамагнитные материалы. Статья даст подробное описание – что такое диамагнетики, опишет применяемые формулы расчетов, существующие разновидности и сферы применения подобных материалов.

История открытия

Впервые диамагнитный эффект был описан физиком С. Дж. Бергманом. Произошло это в 1778 году. Физик положил в бумажный кораблик кусочек сурьмы и подвел к нему постоянный магнит. В результате кораблик поплыл от магнита, а не к нему. Ученый озадачился тем, что сурьма, которая является плохим проводником, проявила свойства магнита с противоположным значением. В то время сам эксперимент и такое свойство сурьмы не было признано научным миром.

Диамагнетик в магнитном поле

Сам термин и свойство диамагнетизма было открыто только в 1845. Данное открытие присваивают физику Майклу Фарадею. Именно он выдвинул и подтвердил гипотезу о том, что все вещества и предметы являются диамагнетиками, если к ним приложить внешнее воздействие магнитными полями.

Определение

Диамагнетики по своей сути это вещества, обладающие свойством намагничиваться в противоположную сторону от внешнего магнитного поля. Простыми словами свойства любых диамагнетиков можно описать так:

  1. Медь является нейтральной к воздействию магнита. Она не намагничивается и сохраняет это состояние даже при долговременном воздействии сильного магнитного поля.
  2. Если к медной пластине подвести постоянный магнит с положительным полюсом, то атомы меди образуют вокруг себя слабый магнитный поток с отрицательным значением.
  3. Медная пластина начнет отталкиваться от приложенного магнитного поля.

В физике этот эффект описывается намного сложнее.

  1. Медь обладает нейтральной структурой к намагничиванию.
  2. Если на медную пластину начнут воздействовать магнитным полем, то ее электроны придут в движение, что спровоцирует возникновение кругового тока.
  3. Возникший ток получает свойства собственного магнитного момента «ρm».
  4. Ток за счет кругового движения так же провоцирует возникновение магнитной индукции. Она имеет противоположную направленность относительно внешнего магнитного поля.

Эффект диамагнетизма

Природа диамагнетизма свойственна всем веществам и предметам, находящимся в магнитном поле. Отличается только степень их проницаемости. Например:

  1. Идеальный материал диамагнетик имеет эталонную проницаемость равной 1 плюс небольшая погрешность.
  2. Для твердых и жидких тел эта величина варьируется в пределах 5–4–10–6 χ.
  3. У газообразных веществ она равна 2–3–3–4 χ.

По системе СИ, магнитная проницаемость обозначается буквой «µ». Данная величина не зависит от величины напряжения магнитного поля и температуры. Единственное отклонение может возникнуть при резком падении температуры с резким увеличением магнитного поля. Но такая реакция невозможна в условиях Земли. Кроме магнитной проницаемости также существует другая величина, которая называется магнитной восприимчивостью. Оно обозначается буквой «χ».

Ниже приведена таблица восприимчивости твердых тел к воздействию магнитного поля.

Таблица восприимчивости различных веществ

Разновидности

Диамагнетики независимо от плотности вещества делятся на три основные категории:

  1. Классический тип. Список диамагнетиков такого типа: некоторые металлы, газы и вещества органического типа. Для этого класса свойственна восприимчивость к намагничиванию в пределах 10–5–10–6 χ и отличается полной невосприимчивостью к температурным перепадам.
  2. Аномальный тип. Примеры аномальных диамагнетиков: сурьма, висмут и графит. Эти вещества имеют в сотни раз большую проницаемость и восприимчивость, чем элементы классического типа. Так же на значение их восприимчивости влияют температурные колебания.
  3. Сверхпроводники. К данной категории, например, можно отнести медь. На основе сплава с медью производятся сверхпроводники, свойства которых улучшаются при снижении температуры самого проводника. Данной категории свойственно низкое сопротивление и появление поверхностных токов, так как медь является диамагнетиком.

К самым известным диамагнетикам относятся следующие вещества:

  • Кремний;
  • Висмут;
  • Медь;
  • Азот;
  • Серебро;
  • Золото;
  • Цинк;
  • Водород;
  • Фосфор.

Человеческое тело также называют диамагнетиком классического типа.

Свойства

Вещества нейтральные к намагничиванию обладают следующими диамагнитными свойствами:

  1. Являются слабомагнитными.
  2. Проницаемость магнитного поля у таких веществ ниже 1 и не зависит от напряженности поля. Если магнитное поле полностью отсутствует, то магнитный момент таких веществ равен 0.
  3. При воздействии магнитного поля, магнитный момент диамагнетика всегда имеет противоположное отрицательное значение.

Свойство димагнетиков

Также многие ферромагнетики, к которым можно отнести железо, теряют свои свойства и становятся диамагнитными, если снизить температуру их поверхности до экстремальных значений.

Формула

В физике и химии устанавливают только степень восприимчивости вещества к воздействию магнита. Делается это по формуле:

χ=M/H

В данном выражении имеются следующие величины:

  1. χ — степень восприимчивости.
  2. М — величина намагниченности вещества.
  3. Н — напряженность магнитного поля.

Восприимчивость считается бесконечной величиной. Поэтому на ее основе часто выполняется расчет проницаемости вещества. Делается это по таким формулам:

µ=1+χ (в системе «СИ»);

µ=1+4πχ (в системе «СГС»).

Также учитывается, что диамагнетикам свойственна относительная проницаемость µ˂1 и магнитная восприимчивость χ˂0.

Применение

Эффект диамагнетиков напрямую связан с экранированием особо чувствительных частей электронных приборов от воздействия магнитного поля.

Еще одно применение диамагнетизма связано с разработкой сверхпроводников. Первые опыты в этом направлении были сделаны на основе меди. Но оказалось, что медь не способна подстраиваться под сильное изменение температуры своей поверхности. А вот сплав лантана, бария и меди показывает довольно хорошие результаты. Связано это с вытеснением магнитного поля с поверхности проводника, а также с изменением самой структуры сплава, которое приводит к снижению его сопротивления.

Увидеть воздействие магнита на диамагнетик можно с помощью лабораторного опыта. Свойство диамагнетиков способно создать эффект левитации. Выглядит данный опыт следующим образом:

  • Графитный стержень устанавливается над неодимовым магнитом.
  • Созданное противодействие поднимает стержень и заставляет его висеть в воздухе.
  • Для того чтобы удержать стержень от горизонтального перемещения, неодимовые магниты необходимо расположить различными полюсами по отношению к стержню.

Левитация графита

Тело животного и человека также являются диамагнетиками. Поэтому, если расположить лягушку над магнитом, она тоже будет левитировать.

Левитация лягушки

Диамагнитный эффект Мейснера. Этот эффект описывает изменение сопротивления сверхпроводников при воздействии сверхнизких температур. Такое воздействие на металлические диамагнетики способно свести к нулю магнитное поле на самом проводнике и увеличить его проводимость. Диамагнетики-сверхпроводники используются в космической сфере в качестве различных датчиков для работы в открытом космосе. Левитация при низкой температуре позволяет проводить электрические сигналы с большей скоростью за счет довольно маленького сопротивления среды.

Сверхпроводник

Широкое применение диамагнетизм веществ нашел в химии. На основе таких свойств веществ производятся различные химические опыты, необходимые для поиска совершенно новых материалов, не изменяющих свою структуру под воздействием низкой температуры, магнитного поля и электрического тока.

Заключение

Диамагнетизм интересное свойство практически всех веществ на нашей планете. Как таковой этот эффект не получил распространения для повседневного использования человеком. Его применяют при проведении сложных опытов и в различных электронных устройствах.

Видео по теме

Adblock
detector