Діамагнетизм

Левітація пластини пиролітичного вуглецю

Діамагнети́зм — властивість речовини намагнічуватися у зовнішньому магнітному полі в напрямку протилежному напрямку цього поля. Тобто, це явище виникнення у речовині (діамагнетику) намагніченості, направленої назустріч зовнішньому (намагнічувальному) полю. Магнітна проникність діамагнетиків $\mu <1$, а магнітна сприйнятливість $\chi <0$. Природа діамагнетизму полягає в тому, що при внесенні діамагнетика в магнітне поле у його об'ємі індукуються вихрові мікроструми, які згідно з правилом Ленца, створюють власне магнітне поле, спрямоване назустріч зовнішньому полю. Проявом діамагнетизму є послаблення магнітного поля при внесенні в нього діамагнітної речовини.

Магнітна сприйнятливість діамагнетика виражається наступною формулою:

$\chi =-{\frac {\mu _{0}e^{2}ZN\langle {r^{2}}\rangle }{6m}}$,

де $\mu _{0}$ - магнітна стала, $e$ і $m$ - заряд та маса електрона, $Z$ - кількість електронів в атомі, $N$ - кількість атомів в одиниці об'єму, $\langle {r^{2}}\rangle$ - середнє значення квадрата радіус-вектора електрона. Як правило, $\chi$ має порядок $10^{-7}$.

Діамагнетизм різною мірою притаманний всім речовинам. В ряді речовин він перекривається іншими, сильнішими ефектами (орієнтаційними, обмінними). Діамагнетиками є інертні гази, азот, водень, мідь, ртуть, бісмут, цинк, золото, срібло, вода тощо.

Наслідком діамагнетизму є виштовхування діамагнітних тіл з областей сильного магнітного поля в області, де воно слабше. Цей ефект можна використати для левітації, тобто для зависання діамагнітного об'єкта на певній висоті під дією постійного в часі, але неоднорідного в просторі зовнішнього магнітного поля.

Розрізняють діамагнетизм прецесійний та діамагнетизм Ландау.

Прецесійний діамагнетизм

Прецесійний діамагнетизм обумовлений додатковою кутовою швидкістю внутрішньоатомних електронів, яка є наслідком дії магнітного поля. Таким чином у кожному атомі або йоні з'являється додатковий магнітний момент, спрямований проти первинного зовнішнього магнітного поля.

Діамагнетизм Ландау

Діамагнетизм Ландау — це діамагнетизм вільних електронів у твердому тілі, який виникає під дією зовнішнього магнітного поля внаслідок квантування руху електронів у площині перпендикулярній магнітному полю. Теоретично передбачений Л. Д. Ландау (1930, див. Рівні Ландау).

Інші види

Крім того, розрізняють діамагнетизм атомарний і багатоелектронних молекул, які дещо відрізняються своєю природою. Атомарний діамагнетизм не залежить від температури. Діамагнетизм багатоелектронних молекул визначається двома факторами: один пов'язаний з прецесією електронних оболонок, другий — з поляризацією електронних хмарок під впливом зовнішнього магнітного поля, що призводить до появи невеликого орбітального магнітного моменту, орієнтованого паралельно напруженості магнітного поля.

Див. також

• магнетизм,
• парамагнетизм,
• феромагнетизм.

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• С. В. Вонсовский, Магнетизм, Москва, 1971, "Наука".