Диамагнетизм

Диамагнетизм – один из видов магнетизма, который проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению, действующему на него внешнего магнитного поля.

К диамагнетикам относятся все инертные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), газы (H₂, N₂, Cl₂, NH₃ и др.), ряд металлов (Zn, Cu, Au, Hg и др.), неметаллы (Si, P, S и др.), а также NaCl, SiO₂, H₂О и некоторые прочие вещества.

Качественное объяснение явления диамагнетизма состоит в следующем. Под действием внешнего поля, по закону электромагнитной индукции (1.20), в замкнутом контуре (которым в данном случае является движущийся по орбите электрон) возникает электродвижущая сила и дополнительный ток. Этот ток создает момент, противоположно направленный внешнему полю.

В общем виде, грамм-атомная диамагнитная восприимчивость χ _A определяется экспериментально, либо вычисляется по формуле Ланжевена-Паули (2.17), из которой следует, что диамагнитная восприимчивость зависит от радиусов электронных орбит и не зависит от температуры и напряженности поля. Здесь предполагается, что электрон движется по круговой орбите радиусом r, плоскость которой перпендикулярна H [5].

(2.17)

где N_A – число Авогадро; – среднее значение квадрата радиуса орбиты; z – число электронов, входящих в состав атома.

Выражение (2.17) относится к диамагнетизму атомных остовов. Диамагнетизм металлов можно рассматривать как сумму диамагнетизмов атомных остовов и электронного газа. Расчеты по определению диамагнитной восприимчивости электронного газа показали, что эта восприимчивость так же не зависит от температуры, и очень мала.

Помимо рассматриваемых нормальных диамагнетиков, различают также аномальные (например, Bi) обладающие повышенной и зависящей от температуры диамагнитной восприимчивостью (на ~3 порядка выше, чем у нормальных диамагнетиков), и «сверхдиамагнетики», к которым относятся Zn, Be, Bi в сверхпроводящем состоянии (χ достигает значения ~8·10^-1).

В целом, ввиду малости диамагнитного эффекта, (у большинства диамагнетиков χ ~ 10^-6), в технике он практически не используется, хотя его исследование и представляет определенный интерес в некоторых разделах теоретической физики.