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

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

Физика. 11 класс

Конспект урока

Урок 4. Магнитные свойства вещества. Электроизмерительные приборы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Магнитные свойства вещества.

2. Свойства диа-, пара- и ферромагнетиков.

3. Принцип действия электроизмерительных приборов.

Магнитная проницаемость – это физическая скалярная величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

Диамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть меньше единицы. К таким веществам относятся золото, серебро, углерод, висмут.

Парамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть больше единицы. Это алюминий, вольфрам, щелочные металлы, магний, платина.

Ферромагнетики – вещества у которых магнитная проницаемость много больше единицы. Это железо, никель, кобальт, и сплавы металлов.

Точка Кюри – температура, при которой ферромагнетики теряют ферромагнитные свойства.

Ферриты – ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока.

Основная и дополнительная литература по теме:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 27-30.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. С. 113.

3. ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения.

Магнитной проницаемостью вещества называется физическая скалярная величина показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

Французский физик Андре Мари Ампер сравнивал магнитные поля, создаваемые полосовым магнитом и проводниками с током. В итоге, Ампер выдвинул гипотезу, что внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Круговые электрические токи – это токи, обусловленные орбитальными движениями электронов вокруг ядра.

Диамагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость чуть меньше единицы. К таким веществам относятся золото, серебро, углерод, висмут. Магнитная проницаемость висмута равна 0,9998. Значит, магнитное поле ослабляется, когда в него помещают это вещество В˂В_0. Это означает, что вектор магнитной индукции поля, создаваемого веществом направлен противоположно вектору магнитной индукции поля, создаваемого током.

Парамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть больше единицы. Это алюминий, вольфрам, щелочные металлы, магний, платина. Эти вещества намагничиваются очень слабо, намагничиваются вдоль намагничивающего поля. Вектор магнитной индукции поля, создаваемого веществом, направлен в ту же сторону, что и вектор магнитной индукции поля, создаваемого током.

Ферромагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость во много раз больше единицы. Это такие вещества как железо, кобальт, никель и сплавы металлов. Для железа магнитная проницаемость равна одна тысяча (1000).

Магнитные поля создаются ферромагнетиками не только вследствие обращения электронов вокруг ядер, но и вследствие их собственного вращения. Собственный вращательный момент (момент импульса) электрона называется спином. Согласно простейшим представлениям, электроны вращаясь вокруг собственной оси обладая зарядом, имеют, магнитное поле наряду с полем, появляющимся за счёт их орбитального движения вокруг ядер. В ферромагнетиках существуют области с параллельными ориентациями спинов, называемыми доменами; размеры доменов порядка 0.5 мкм. Параллельная ориентация спинов обеспечивает доменам минимум потенциальной энергии. Если ферромагнетик не намагничен, то ориентация доменов хаотична и суммарное магнитное поле, создаваемой доменами, равно нулю. При включении внешнего магнитного поля домены ориентируются вдоль линий магнитной индукции этого поля, и индукция магнитного поля в ферромагнетиках увеличивается, становясь в тысячи и даже миллионы раз больше индукции внешнего поля

Ферромагнитные свойства у веществ существуют только в определённой области температуры. Температура, при которой ферромагнитные материалы теряют свои ферромагнитные свойства, называют точкой Кюри по имени открывшего данное явление французского учёного Пьера Кюри. Если сильно нагреть намагниченный образец, то он потеряет способность притягивать железные предметы. Точка Кюри для железа 753 градусов по Цельсию, для кобальта 1000 градусов по Цельсию. Существуют ферромагнитные сплавы, у которых точка Кюри менее 100 градусов. Первые детальные исследования магнитных свойств ферромагнетиков были выполнены выдающимся русским физиком А.Г. Столетовым.

Большое применение получили ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока – ферриты. Это химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. К их числу относится и магнитный железняк.

Стальной или железный сердечник в катушке усиливает создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляют из ферромегнетиков. При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остаётся намагниченным, таким образом создаёт магнитное поле в окружающем пространстве. Это объясняется тем, что домены не возвращаются в прежнее положение и их ориентация частично сохраняется. Благодаря этому существуют постоянные магниты. Постоянные магниты широко применяются в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т.д. Электроизмерительный прибор является необходимым устройством в связи, промышленности, на транспорте, в медицине и в научных исследованиях.

Примеры и разбор решения заданий:

1. Для каких целей применяют ферромагнитные материалы? Выберите один правильный ответ.

1) для усиления силы тока;

2) для ослабления магнитного поля;

3) для усиления магнитного поля;

4) для ослабления силы тока.

Пояснение: ферромагнетики и ферромагнитные материалы это вещества, которые создают наиболее сильные магнитные поля.

Правильный ответ: 3) для усиления магнитного поля.

2. По графику определите магнитную проницаемость стали при индукции В₀ намагничивающего поля 1) 0,4 мТл, 2) 1,2 мТл.

По определению магнитная проницаемость µ показывает, во сколько раз индукция магнитного поля В в веществе превышает индукцию намагничивающего поля В₀ в вакууме: µ =

2) При В₀ = 1.2 мТл, по графику В = 1,2 Тл

Источник

7.4. Диа- и парамагнетизм и их природа

В диамагнитных материалах, помещенных во внешнее магнитное поле B₀, возникает внутреннее поле, направленное навстречу намагничивающему полю.

Это связано с тем, что суммарный магнитный момент диамагнитного атома равен нулю. Когда диамагнитное вещество помещают во внешнее магнитное поле, то под действием этого поля возникает прецессия электронных орбит.

Поскольку электрон в атоме можно уподобить круговому току, характеризуемому магнитным моментом Р_m , во внешнем магнитном поле на магнитный момент этого кругового тока начинает действовать вращательный момент

под действием этого момента М вектор орбитального момента электрона Р_m начнет прецессировать вокруг направления вектора магнитной индукции B₀, то есть получит дополнительное равномерное вращение, при котором вектор Р_m будет описывать конус вокруг направления B₀ (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Прецессия орбитального магнитного момента Р_m электрона
вокруг вектора магнитной индукции B₀ внешнего поля

Таким образом, вектор Р_m , перпендикулярный к плоскости электронной орбиты, сохраняет неизменный угол a наклона к внешнему полю и вращается вокруг B₀ с некоторой угловой скоростью. Это движение сродни прецессии оси волчка в поле сил тяжести.

Частота этой прецессии

называемая ларморовой частотой, не зависит ни от угла наклона орбиты электрона к вектору B₀, ни от радиуса орбиты или скорости электрона и, следовательно, для всех электронов одинакова. Прецессия электронной орбиты создает дополнительное движение электрона во внешнем магнитном поле B₀. Это движение, как и любое движение зарядов, приводит к возникновению индуцированного магнитного момента, причем в данном случае направленного против поля (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Формирование индуцированного магнитного момента, направленного против внешнего магнитного поля

В диамагнитных веществах во внешнем магнитном поле B₀ возникает направленное противоположно B₀ индуцированное магнитное поле В‘, которое ослабляет внешнее поле

то есть для диамагнетиков

Молекулы парамагнитного вещества имеют собственное магнитное поле, обусловленное тем, что у парамагнетиков векторная сумма орбитальных и спиновых моментов электронов не равна нулю. В отсутствие внешнего магнитного поля эти магнитные микрополя молекул тепловым движением ориентированы в пространстве хаотически, и поэтому суммарное магнитное макрополе парамагнетика равно нулю. При помещении парамагнитного вещества во внешнее магнитное поле B₀ магнитные моменты атомов приобретают преимущественную ориентацию вдоль поля B₀, которая тем больше, чем больше B₀, причем эффект с увеличением температуры уменьшается. В результате суммарное собственное магнитное поле парамагнетика В становится отличным от нуля и направлено вдоль внешнего поля B₀.

Парамагнетик, помещенный во внешнее магнитное поле, усиливает это поле

то есть для парамагнетиков

Следует отметить, что диамагнитный эффект имеет место для всех веществ без исключения, в том числе и для парамагнетика, однако величина диамагнитного эффекта существенно меньше парамагнитного, и в этом случае его можно не учитывать.

Если диамагнитный эффект не зависит от температуры вещества, то парамагнитный зависит, поскольку тепловое движение атомов и молекул нарушает преимущественную ориентацию по полю их магнитных моментов во внешнем магнитном поле (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Зависимость намагниченности парамагнетика от обратной температуры

Зависимость магнитной восприимчивости парамагнетиков от температуры была установлена Кюри и выражается формулой

Диамагнетики выталкиваются из магнитного поля, в то время как парамагнетики втягиваются в магнитное поле. Поэтому тонкие стержни из пара- и диамагнетиков, подвешенные на нитях и помещенные между полюсами магнита, ведут себя по-разному. Магнитное поле разворачивает диамагнитный стержень таким образом, что он поворачивается перпендикулярно силовым линиям, а парамагнитный стержень — встает параллельно силовым линиям (см. рис. 7.7).

Рис. 7.7. Поведение пара- и диамагнетиков во внешнем магнитном поле:
1 — парамагнитный стержень; 2 — диамагнитный стержень

На рис. 7.8 показан опыт, в котором палочка из висмута, являющегося диамагнетиком, подвешивается в поле сильного электромагнита. При включении поля палочка разворачивается и устанавливается параллельно поверхности полюсов магнита, то есть перпендикулярно полю.

Рис. 7.8. Диамагнетики в магнитном поле

На рис. 7.9. представлен опыт, в котором демонстрируется ориентация длинного металлического парамагнитного образца и длинной ампулы с раствором парамагнитной соли вдоль магнитного поля, создаваемого магнитом.

Рис 7.9. Парамагнетики в магнитном поле

Дополнительная информация

Источник