12.4: Діамагнетизм

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 12.3: Намагніченість та сприйнятливість
- 12.5: Парамагнетизм

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

У розділі 12.1 ми згадували, що існує п'ять типів магнетизму, що демонструються різними матеріалами. У цьому розділі ми розберемо перший з них, а саме діамагнетизм.

Діамагнітні матеріали мають дуже слабку негативну сприйнятливість, зазвичай порядку 10 ^- ⁶. Тобто відносна проникність трохи менше 1. Отже, коли діамагнітний матеріал поміщається в магнітне поле, $B< \mu_oH$

Якщо ви зараз чуєте про це явище вперше, ви можете бути трохи здивовані, і ви очікуєте, що я представлю дуже короткий список досить екзотичних матеріалів, відомих як діамагнітні. Отже, ось ще один сюрприз: всі матеріали діамагнітні. Деякі матеріали також можуть бути парамагнітними або феромагнітними, а їх позитивна парамагнітна або феромагнітна сприйнятливість може бути більшою, ніж їх негативна діамагнітна сприйнятливість, так що їх загальна сприйнятливість є позитивною. Але всі матеріали діамагнітні, навіть якщо їх діамагнетизм прихований більшим парамагнетизмом або феромагнетизмом.

Всі матеріали діамагнітні.

Правильний облік механізму на атомному рівні причини діамагнетизму вимагає квантової механічної обробки, але зрозуміти явище можна якісно класично. Нам просто потрібно думати про атом як про ядро, оточене електронами, що рухаються по орбітах навколо ядра. Коли атом (або велика колекція атомів в макроскопічному зразку речовини) поміщається в магнітне поле, струм індукується всередині атома електромагнітною індукцією. Тобто електрони змушені виходити на орбіту навколо ядра, а значить, дати атому магнітний момент, в такому напрямку, щоб протистояти збільшенню магнітного поля, яке його викликає. Результатом цього з усіма атомами в макроскопічному зразку є те, що B тепер буде менше $\mu_0H$ , а сприйнятливість буде негативною. Але, ви можете посперечатися, ці індуковані струми і пов'язані з ними протилежні магнітні моменти триватимуть лише до тих пір, поки змінюється зовнішнє поле. Насправді він зберігається до тих пір, поки зберігається намагнічувальне поле. Причина полягає в наступному. У розділі 10 ми мали справу з проводами, котушками та резисторами, і будь-який струм, індукований мінливим магнітним полем, швидко розсіювався. Однак для електрона на орбіті навколо ядра немає опору, тому, як тільки він буде приведений в рух, він залишиться в русі. Така ж ситуація виникла б, якби ми викликали струм в петлі дроту з надпровідного матеріалу, опір якого дорівнює нулю. Струм, одного разу індукований, триває і не розсіюється як тепло.