«Диамагнетизм»

диамагнитные тела. Магниты естественные, искусственные стальные и электромагниты притягивают железо, чугун, сталь, никель, кобальт с такой значительной силой, что для наблюдения этих явлений можно пользоваться слабыми магнитами. Но уже в прошедшем столетии удостоверились, что многие др. тела природы притягиваются к магнитам и что, наоборот, одно тело (висмут) отталкивается магнитом (Кулон). Эти факты имели в науке весьма второстепенное значение до исследований англ. знаменитого физика Фарадея, который, употребляя очень сильные электромагниты и разнообразные новые приемы наблюдений, доказал, что все тела природы — твердые, жидкие и газообразные — подвержены действию магнита, в большинстве случаев слабому, но несомненному. Одни тела притягиваются магнитом, другие отталкиваются им; тела первого рода Фарадей назвал парамагнитными [Впоследствии было предложено парамагнитные тела называть ферромагнитными, т. е. магнитными наподобие железа.], второго — диамагнитными. В магнитном поле, между оконечностями сильного электромагнита, парамагнитные тела устанавливались по направлению, соединявшему обе оконечности (южно-магнитную и сев.-магнитную), или по осевой линии магнита, диамагнитные же устанавливались по направлению экваториальному, перпендикулярно к первому в горизонтальной плоскости. Для успешности опытов телам была придаваема форма продолговатых параллелепипедов или цилиндриков. Дано несколько объяснений различия по существу между магнитными телами обоего рода (см. Магнетизм). Однако, с любой точки зрения, разделение тел природы на две поименованные группы весьма характерно, указывая на существенное различие внутреннего строения тел. Так, за очень редкими исключениями, тела органического строения (волоса, кожа, мускулы, нервы, листья, древесина, воск, смолы и мн. др.) диамагнитны, целое животное (исследованы маленькие рыбы) отталкивается магнитом; жидкости: спирт, скипидар и другие эфирные масла, жирные масла — диамагнитны; но, кроме того, множество неорганических тел принадлежит к разряду диамагнитных тел; таковы жидкости: вода, кислота серная, азотная, соляная и т. п., и некоторые металлы. Газы вообще обнаруживают слабые магнитные свойства; наиболее исследован в этом отношении кислород, имеющий, как оказалось, парамагнитные свойства. Магнитные свойства тел обоего рода обнаруживаются с силой, величина которой зависит и от среды, окружающей исследуемое тело. Подобно тому, как тела, помещенные в жидкости, теряют часть своего веса и, будучи как бы слабее притягиваемы землей, могут оставаться в иной жидкости даже не обнаруживая стремления падать, или же, напротив, стремятся подняться на поверхность ее, как бы отталкиваемые землей, так и магнитные тела, помещенные в магнитные среды обоего рода, обнаруживают измененные свойства. Диамагнитное тело, погруженное в диамагнитную жидкость, слабее отталкивается магнитом, чем в воздухе, может оказаться даже нейтральным или же обнаружить притягательные парамагнитные свойства. Подобно этому, слабое парамагнитное тело в магнитной жидкости может получить отталкивательные диамагнитные свойства. Атмосферный воздух по причине содержащегося в нем кислорода есть парамагнитная среда; всякое тело, слабее воздуха парамагнитное, обнаружит в воздухе диамагнитные свойства. Влияние среды на род магнетизма тела привело к мысли, что собственно диамагнитных тел и не существует, однако же этому противоречит тот факт, что многие тела сохраняют диамагнитные свойства и в безвоздушном пространстве. Оставалось допустить, что эфир, предположительно существующий и наполняющий безвоздушное пространство, имеет магнитные свойства. Напряженность магнитных действий зависит, во всяком случае, и от массы тела, эфиру же можно приписать лишь неизмеримо малую массу и считать его сильной магнитной средой нет основания. Висмут, а за ним сурьма суть самые сильные диамагнитные тела; но диамагнитность даже висмута по меньшей мере в 100000 раз слабее парамагнитности железа при равных объемах.

Ф. Петрушевский.

[от греч. dia... — приставка, означающая здесь расхождение (силовых линий), и Магнетизм], один из видов магнетизма; проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля.

Д. свойствен всем веществам. При внесении какого-либо тела в магнитное поле в электронной оболочке каждого его атома, в силу закона электромагнитной индукции, возникают индуцированные круговые токи, т. е. добавочное круговое движение электронов вокруг направления магнитного поля. Эти токи создают в каждом атоме индуцированный Магнитный момент, направленный, согласно правилу Ленца, навстречу внешнему магнитному полю (независимо от того, имелся ли первоначально у атома собственный магнитный момент или нет и как он был ориентирован). В веществе Д. может перекрываться в большей или меньшей степени электронным или ядерным Парамагнетизмом, Ферромагнетизмом или Антиферромагнетизмом. У чисто диамагнитных веществ электронные оболочки атомов (молекул) не обладают постоянным магнитным моментом. Магнитные моменты, создаваемые отдельными электронами в таких атомах, в отсутствие внешнего магнитного поля взаимно скомпенсированы. В частности, это имеет место в атомах, ионах и молекулах с целиком заполненными электронными оболочками, например в атомах инертных газов, в молекулах водорода, азота.

Удлинённый образец диамагнетика в однородном магнитном поле ориентируется перпендикулярно силовым линиям поля (вектору напряжённости поля). Из неоднородного магнитного поля он выталкивается в направлении уменьшения напряжённости поля.

Индуцированный магнитный момент I, приобретаемый 1 молем (См. Моль) диамагнитного вещества, пропорционален напряжённости внешнего поля Н, т. е. l = χH. Коэффициент χ называется молярной диамагнитной восприимчивостью и имеет отрицательный знак (т.к. I и Н направлены навстречу друг другу). Обычно абсолютная величина χ мала (Диамагнетизм 10^-6), например для 1 моля гелия χ = - 1,9․10^-6.

В изолированных атомах токи, создающие Д., имеют наиболее простой характер. Вся совокупность электронов изолированного атома приобретает под действием внешнего магнитного поля синхронное вращательное движение вокруг оси, проходящей через центр атома параллельно направлению Н. Это совместное вращение всех электронов атома называется Лармора прецессией (См. Лармора прецессия). Вклад каждого электрона в диамагнитную восприимчивость изолированного атома

где е — заряд электрона m — Масса покоя электрона, с — скорость света в вакууме. В соответствии с формулой (1) наибольший вклад в диамагнитную восприимчивость вещества дают наиболее удалённые от ядра электроны. Формула (1) позволяет теоретически рассчитать диамагнитную восприимчивость совокупности изолированных атомов (например, 1 моля или 1 см³ вещества), если известно число электронов в атомах и пространственное их распределение.

При не очень высоких температурах тепловое движение атомов слабо влияет на движение электронов в них. Поэтому Д. практически не зависит от температуры.

Если атомы не изолированы друг от друга, а, напротив, сильно взаимодействуют между собой, например в жидкостях или твёрдых телах, то электронные оболочки таких атомов деформируются, и наблюдаемый Д. оказывается часто меньше, чем у изолированных атомов.

В металлах и полупроводниках часть валентных электронов атомов имеет возможность перемещаться от атома к атому по всему образцу (в металлах число таких «свободных» электронов не зависит от температуры и очень велико, в полупроводниках оно сравнительно мало при низких температурах и быстро растёт с нагреванием). Под воздействием внешнего магнитного поля свободные электроны двигаются по спиральным квантованным орбитам, что также вызывает небольшой Д. (см. Ландау диамагнетизм). В некоторых веществах диамагнетизм Ландау особенно велик, например в висмуте и графите восприимчивость достигает — (200—300)․10^-6 на 1 моль.

Во всех рассмотренных выше случаях диамагнитная восприимчивость слабо зависит от напряжённости магнитного поля. Однако при очень низких температурах у металлов (например, Be, Bi, Zn) и полупроводников в сильных полях наблюдается периодическое (осцилляционное) изменение восприимчивости при плавном увеличении напряжённости поля (см. Де Хааза - ван Альфена эффект).

Наибольшее по абсолютной величине значение диамагнитной восприимчивости имеют сверхпроводники. У них χ = - 1/4π — - 8․10^-1, а магнитная индукция равна нулю, т. е. магнитное поле не проникает в сверхпроводник. Д. сверхпроводников обусловлен не внутриатомными, а макроскопическими поверхностными токами.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955, гл. 2; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1937, гл. 8; Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967.

Я. Г. Дорфман.

1. ди́амагнети́зм;
2. ди́амагнети́змы;
3. ди́амагнети́зма;
4. ди́амагнети́змов;
5. ди́амагнети́зму;
6. ди́амагнети́змам;
7. ди́амагнети́зм;
8. ди́амагнети́змы;
9. ди́амагнети́змом;
10. ди́амагнети́змами;
11. ди́амагнети́зме;
12. ди́амагнети́змах.

ДИАМАГНЕТИЗМ (от греч. dia - приставка - означающая здесь расхождение, и магнетизм), свойство вещества намагничиваться во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению этого поля (диамагнитная восприимчивость ?д " 0). Различают диамагнетизм прецессионный и Ландау диамагнетизм. Прецессионный диамагнетизм обусловлен тем, что под действием магнитного поля внутриатомные электроны приобретают добавочную угловую скорость (см. Лоренца сила), благодаря чему в каждом атоме или ионе возникает добавочный магнитный момент, направленный, согласно Ленца правилу, против создающего его внешнего магнитного поля. Диамагнетизм присущ всем веществам, однако он маскируется парамагнетизмом и ферромагнетизмом.

diamagnetism

diamagnetism

m.diamagnetism

м. физ.

diamagnetismo m

ДИАМАГНЕТИЗМ

(от греч. dia -приставка, означающая здесь расхождение (силовых линий), и магнетизм), свойство в-ва намагничиваться навстречу направлению действующего на него внеш. магн. поля. Д. свойствен всем в-вам. При внесении тела в магн. поле в электронной оболочке каждого его атома, в силу закона эл.-магн. индукции, возникают индуцированные круговые токи, т. е. добавочное круговое движение эл-нов. Эти токи создают в каждом атоме индуцированный магнитный момент, направленный, согласно Ленца правилу, противоположно внеш. магн. полю (независимо от того, имелся ли у атома собств. магн. момент или нет и как он был ориентирован).

Намагниченность, связанная с Д., обычно невелика; она значительно меньше, чем обусловленная ферромагнетизмом, антиферромагнетизмом или электронным парамагнетизмом. У чисто диамагнитных в-в (диамагнетиков) электронные оболочки атомов (молекул) не обладают пост. магн. моментом. Магн. моменты эл-нов в таких атомах в отсутствии внеш. магн. поля взаимно скомпенсированы. В частности, это имеет место в атомах, ионах и молекулах с целиком заполненными электронными оболочками, напр. в атомах инертных газов, в молекулах водорода, азота. Удлинённый образец диамагнетика в строго однородном магнитном поле ориентируется перпендикулярно к силовым линиям поля. Из неоднородного магнитного поля он выталкивается в направлении уменьшения напряжённости поля.

Индуцированный магн. момент М, приобретаемый единицей объёма диамагн. тела, пропорционален напряжённости внеш. поля Н, т. <е. М=cН. Коэфф. c наз. магнитной восприимчивостью и имеет отрицат. знак (т. к. М и Н направлены навстречу друг другу). Обычно для диамагнетиков рассматривают восприимчивость 1 моля в-ва (молярную восприимчивость) c, она мала (=10-6).

В изолиров. атомах токи, создающие Д., имеют простой хар-р. Вся совокупность эл-нов изолиров. атома приобретает под действием внеш. магн. поля Н синхронное вращат. движение вокруг оси, проходящей через центр атома параллельно направлению H. Это вращение эл-нов атома наз. Лармора прецессией.

Вклад каждого эл-на в диамагн. восприимчивость ce изолиров. атома равен:

где е — заряд эл-на, m — его масса покоя, с — скорость света в вакууме, r2 — ср. квадрат расстояния эл-на от ядра атома.

Из (1) видно, что наибольший вклад в диамагн. восприимчивость c дают наиб. удалённые от ядра эл-ны. Если пренебречь влиянием близких к ядру эл-нов, то r2 можно рассматривать как значение ср. квадрата радиуса внеш. оболочки атома r2. Т. о., зная, напр., диамагн. восприимчивость 1 моля в-ва и число ne эл-нов в его внеш. оболочке, можно при помощи ур-ния (1) прибл. определить размеры атомов и ионов:

r=?r2=0,598
• 10-5?c/ne. (2)

Так, для гелия?c?=1,9
• 10-6, nе=2 и r=0,58
• 10-6, что близко к значениям, найденным др. методами. Выражение (1) позволяет теоретически рассчитать диамагн. восприимчивость совокупности изолиров. атомов (напр., одного моля в-ва), если известно число зл-нов в атомах и пространственное их распределение.

При темп-pax, недостаточных для возбуждения более высоких энергетич. уровней атомов, Д. практически постоянен (не зависит от темп-ры).

Если атомы не изолированы друг от друга и сильно взаимодействуют между собой, напр. в молекулах или кристаллах, то электронные оболочки в таких атомах деформируются и наблюдаемый Д. оказывается меньше, чем у изолиров. атомов.

Однако межат. связь не всегда проявляется только в уменьшении Д. В нек-рых случаях валентные эл-ны при образовании молекулы или кристалла приобретают возможность перемещаться от одного атома к другому. Этой особенностью обладают, напр., молекулы ароматич. в-в, в к-рых имеются замкнутые кольца из атомов (напр., бензольное кольцо). В этих молекулах под действием внеш. магн. поля возникают замкнутые электрич. токи по периферии колец. Поскольку магн. момент индуцированного кольцевого тока направлен перпендикулярно плоскости кольца, то диамагн. восприимчивость ароматич. молекулы оказывается наибольшей, если внеш. поле направлено перпендикулярно к плоскости кольца, и наименьшей, если оно параллельно этой плоскости:

В металлах и ПП под воздействием внеш. магн. поля эл-ны проводимости начинают двигаться по спиральным квантованным орбитам, что также вызывает небольшой Д. (см. ЛАНДАУ ДИАМАГНЕТИЗМ). В нек-рых в-вах, где эти орбиты охватывают много атомов, диамагнетизм Ландау особенно велик, напр, в висмуте и графите c достигает— (200—300)
• 10-6. В графите, кристаллизующемся в виде гексагональных призм, свободное движение эл-нов происходит гл. обр. в плоскостях, параллельных плоскости основания призмы. Поэтому диамагн. восприимчивость графита оказывается очень большой (-260
• 10-6) в направлении оси призмы и крайне малой (-6
• 10-6) в направлениях, параллельных основанию призмы.

Во всех рассмотренных случаях диамагн. восприимчивость не зависит от напряжённости поля. Однако при очень низких темп-pax в металлах и ПП наблюдается периодическое (осцилляционное) изменение восприимчивости при плавном увеличении напряжённости поля (см. ДЕ ХААЗА — ВАН АЛЬФЕНА ЭФФЕКТ).

Наибольшее по абс. величине значение диамагн. восприимчивости имеют сверхпроводники. Для них c=- 1/(4p), а магнитная индукция равна нулю, т. е. магн. поле не проникает в сверхпроводник. Д. сверхпроводников обусловлен не внутриатомными, а макроскопическими поверхностными токами.

ДИАМАГНЕТИЗМ, тип намагничивания (МАГНЕТИЗМА), который характерен для тех материалов, в которых после приложения к ним магнитного поля создалось слабое собственное поле, противоположно направленное.

диамагнети́зм

(от греч. dia — приставка, означающая здесь расхождение, и магнетизм), свойство вещества намагничиваться во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению этого поля (диамагнитная восприимчивость κ_д < 0). Различают диамагнетизм прецессионный и Ландау диамагнетизм. Прецессионный диамагнетизм обусловлен тем, что под действием магнитного поля внутриатомные электроны приобретают добавочную угловую скорость (см. Лоренца сила), благодаря чему в каждом атоме или ионе возникает добавочный магнитный момент, направленный, согласно Ленца правилу, против создающего его внешнего магнитного поля. Диамагнетизм присущ всем веществам, однако он маскируется парамагнетизмом и ферромагнетизмом.

* * *

ДИАМАГНЕТИ́ЗМ (от греч. dia — приставка, означающая здесь расхождение, и магнетизм(см. МАГНЕТИЗМ)), свойство вещества намагничиваться во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению этого поля (диамагнитная восприимчивость c_д < 0). Различают диамагнетизм прецессионный и Ландау диамагнетизм.

Диамагнетизм обусловлен небольшим изменением угловой скорости орбитального вращения электронов(см. ЭЛЕКТРОН (частица)) при попадании атомов в магнитное поле. Диамагнитный эффект является проявлением закона электромагнитной индукции(см. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ) на атомном уровне. Электронную орбиту можно рассматривать как замкнутый контур. Изменение внешнего магнитного поля, пересекающего электрический контур, индуцирует в нем ток такого направления, магнитное поле которого будет противодействовать внешнему изменению (Ленца правило(см. ЛЕНЦА ПРАВИЛО)). Поэтому при помещении диамагнетика в магнитное поле происходит как бы «экранирование» внешнего магнитного поля возникающим внутренним полем, направленным противоположно внешнему. Противодействие внешнему полю выражается в некотором торможении угловой скорости орбитального движения электронов. Магнитное поле вызывает прецессию(см. ПРЕЦЕССИЯ) орбиты вокруг направления поля, что вызывает появление добавочного момента, направленного против поля.

Прецессионный диамагнитный эффект является универсальным, и присущ всем веществам (см. диамагнетики(см. ДИАМАГНЕТИК)). Однако металлы и полупроводники представляют особый случай, так как в этих веществах наряду с диамагнетизмом атомных остовов имеет место диамагнетизм электронов проводимости — Ландау диамагнетизм(см. ЛАНДАУ ДИАМАГНЕТИЗМ). Этот вид диамагнетизма связан с изменением орбитального движения свободных электронов, появляющимся во внешнем магнитном поле. Диамагнетизм электронного газа перекрывается в несколько раз большим парамагнетизмом(см. ПАРАМАГНЕТИЗМ), обусловленным наличием у электронов собственного спинового магнитного момента. Диамагнетизм и парамагнетизм электронов проводимости являются чисто квантовыми эффектами.

При не очень высоких температурах тепловое движение атомов слабо влияет на движение электронов в них. Поэтому диамагнетизм. практически не зависит от температуры. Если атомы не изолированы друг от друга, а, напротив, сильно взаимодействуют между собой, например, в жидкостях или твердых телах, то электронные оболочки таких атомов деформируются, и наблюдаемый диамагнетизм оказывается часто меньше, чем у изолированных атомов.

Удлиненный образец диамагнетика в однородном магнитном поле ориентируется перпендикулярно силовым линиям поля (вектору напряженности поля). Из неоднородного магнитного поля он выталкивается в направлении уменьшения напряженности поля.

Диамагнетизм присущ все веществам. Универсальность магнетизма(см. МАГНЕТИЗМ) обусловлена именно диамагнетизмом. Однако он может маскироваться более сильными эффектами, по сравнению с которыми им можно пренебречь. Диамагнетизм электронных оболочек выступает на первый план, когда собственный магнитный момент атомов равен нулю (т. е. спиновые магнитные моменты попарно скомпенсированы).

— свойство некоторых материалов (диамагнетиков) намагничиваться навстречу намагничивающему полю (см. Намагничивание). К числу диамагнетиков относятся инертные газы, ряд металлов (висмут, галлий, медь) и многие орг. соединения. Среди м-лов диамагнитны кварц, каменная соль, полевой шпат, графит и др.

Термин

диамагнетизм

[от греч. dia- - приставка, означающая здесь расхождение (силовых линий), и магнетизм] - возникновение в веществе (д и а магнетике) намагниченности, направл. навстречу внеш. (намагничивающему) полю. Магнитная проницаемость диамагнетиков n < 1, а магнитная восприимчивость x_m < 0. Д. обусловлен тем, что при внесении диамагнитного тела в магн. поле во всём объёме тела индуктируются незатухающие вихревые микротоки, к-рые в соответствии с Ленца законом создают собств. магн. поле, направл. навстречу внешнему. Д. присущ всем в-вам, но у ряда в-в он перекрывается др. более сильными эффектами (см. Парамагнетизм, Ферромагнетизм).

ДИАМАГНЕТИЗМ — свойство некоторых веществ (см. диамагнетики), заключающееся в том, что в них возникает намагниченность (см.), направленная навстречу внешнему (намагничивающему) полю, что приводит к отталкиванию этих веществ от полюсов магнита.