什么是抗磁性和抗磁性材料

反磁性材料会被磁场排斥,施加的磁场会在其中产生相反方向的感应磁场,从而产生排斥力。相反,顺磁性和铁磁性材料会被磁场吸引。对于抗磁性材料,磁通量减少,而对于顺磁性材料,磁通量增加。

抗磁性现象是由 Sebald Justinus Brugmans 发现的,他在 1778 年注意到铋和锑会被磁场排斥。抗磁性一词是迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 于 1845 年 9 月创造的。他意识到所有材料实际上都对外部磁场具有某种抗磁效应。

反磁悬浮

尽管几乎所有物质都存在抗磁性,但抗磁性可能是最不为人知的磁性形式。

我们都习惯了磁力吸引,因为 铁磁材料 并且因为它们具有巨大的磁化率。另一方面,抗磁性在日常生活中几乎不为人知,因为抗磁性材料通常具有非常小的磁化率,因此排斥力几乎可以忽略不计。

抗磁性现象的直接后果是 楞次力的作用当将物质放置在有磁场的空间中时,就会发生这种情况。抗磁性物质会削弱它们所在的任何外部磁场。 Lenz 场矢量始终指向外部施加的场矢量。这在任何方向上都是正确的,而不管抗磁性体相对于施加场的方向如何。

任何由抗磁材料制成的物体,不仅会因楞次反应的影响而减弱外场,而且如果外场在空间中不均匀,也会受到一定的力的作用。

这种力取决于磁场梯度的方向,与磁场本身的方向无关,它倾向于将物体从磁场相对较强的区域移动到磁场较弱的区域——电子轨道的变化将是最小的。

在磁场中作用在反磁性体上的机械力是对倾向于将轨道电子保持在球形轨道上的原子力的量度。

所有物质都是抗磁性的,因为它们的基本成分是 带轨道电子的原子……有些物质会同时产生楞次场和自旋场。由于自旋场通常比楞次场强得多,因此当出现两种类型的场时,自旋场的影响通常占主导地位。

电子轨道变化引起的反磁性通常很弱,因为作用于单个电子的局部场比施加的外场强得多,外场往往会改变所有电子的轨道。由于轨道变化很小,与这些变化相关的楞次反应也很小。

同时,抗磁性是由于随机运动 等离子体元素, 比与电子轨道变化相关的反磁性更强烈,因为等离子体离子和电子没有经历大结合力的作用。在这种情况下,相对较弱的磁场会显着改变粒子轨迹。

沿着不同类型的轨迹运动的许多单个微观粒子的抗磁性可以被认为是围绕其物质包含这些粒子的物体的等效电流电路影响的结果。测量该电流可以量化抗磁性。

反磁悬浮:

抗磁悬浮演示

反磁性材料的一些例子是水、金属铋、氢、氦和其他惰性气体、氯化钠、铜、金、硅、锗、石墨、青铜和硫。

一般来说,抗磁性几乎是看不见的,除了所谓的 超导体……这里的抗磁效应如此强烈以至于 超导体甚至可以在磁铁上方移动.

抗磁性现象

抗磁悬浮的演示使用了一块热解石墨板——它是一种高抗磁材料,即具有非常负的磁化率的材料。

这意味着在存在磁场的情况下,材料会被磁化,从而产生相反的磁场,导致材料被磁场源排斥。这与被磁场源(例如铁)吸引的顺磁性或铁磁性材料所发生的情况相反。

热解石墨,一种具有特殊结构的材料,使其具有很强的抗磁性。再加上它的低密度和强磁场 钕磁铁, 使这些照片中的现象可见。

经实验证实,抗磁性材料具有:

  • 相对磁导率小于1;
  • 负磁感应;
  • 负磁化率,几乎与温度无关。

在低于临界温度的温度下,在物质转变为超导状态的过程中,它变成了理想的抗磁体:迈斯纳效应及其用途

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