Оглавление
- 1 Диамагнетизм
- 1.1 Диамагнетизм
- 1.2 История и открытие
- 1.3 Материалы и свойства
- 1.4 Сверхпроводники
- 1.5 Демонстрации
- 1.6 Теория
- 1.7 Восприимчивость Ланжевена и Ван Флека
- 1.8 Теория Ланжевена для металлов
- 1.9 Диамагнетизм Ландау и парамагнетизм Паули
- 1.10 Формула диамагнитной восприимчивости
- 1.11 Ограничения и дополнительные эффекты
- 1.12 Полный текст статьи:
- 2 Диамагнетизм
Диамагнетизм
-
Диамагнетизм
- Диамагнетизм — это свойство материалов, которые отталкиваются магнитным полем.
- Приложенное магнитное поле создает индуцированное магнитное поле в противоположном направлении.
- Диамагнетизм — это квантово-механический эффект, возникающий во всех материалах.
-
История и открытие
- Диамагнетизм был впервые обнаружен Антоном Бругмансом в 1778 году.
- Майкл Фарадей продемонстрировал, что диамагнетизм присущ материи в 1845 году.
- Уильям Уэвелл предложил термин “диамагнетизм” в 1850 году.
-
Материалы и свойства
- Диамагнитные материалы включают воду, древесину, органические соединения и многие металлы.
- Диамагнитные материалы имеют относительную магнитную проницаемость меньше или равную 1.
- Диамагнитные материалы отталкиваются магнитными полями, но их эффекты не наблюдаются в повседневной жизни.
-
Сверхпроводники
- Сверхпроводники являются идеальными диамагнетиками, так как вытесняют все магнитные поля.
-
Демонстрации
- Изогнутые водные поверхности: мощный магнит отталкивает воду, образуя ямочку на поверхности.
- Левитация: диамагнетики могут левитировать в магнитном поле без затрат энергии.
-
Теория
- Электроны в материале действуют подобно токовым петлям, противодействуя изменению магнитного поля.
- Классическая теория диамагнетизма Ланжевена дает те же предсказания, что и квантовая теория.
-
Восприимчивость Ланжевена и Ван Флека
- В атомах восприимчивость Ланжевена имеет тот же порядок величины, что и парамагнитная восприимчивость Ван Флека.
-
Теория Ланжевена для металлов
- Теория Ланжевена не дает полной картины для металлов из-за нелокализованных электронов.
- Диамагнетизм Ландау рассматривает слабое противодействующее поле, образующееся из-за искривления траекторий электронов.
-
Диамагнетизм Ландау и парамагнетизм Паули
- Диамагнетизм Ландау противопоставляется парамагнетизму Паули, связанному с поляризацией спинов делокализованных электронов.
- Для объемного случая трехмерной системы и слабых магнитных полей диамагнитная восприимчивость может быть рассчитана с использованием квантования Ландау.
-
Формула диамагнитной восприимчивости
- Формула учитывает спиновое вырождение носителей и включает энергию Ферми и плотность состояний.
- В легированных полупроводниках соотношение между восприимчивостями Ландау и Паули может изменяться из-за эффективной массы носителей заряда.
-
Ограничения и дополнительные эффекты
- Формула применима только к объему, в замкнутых системах описание изменяется из-за квантового ограничения.
- Для сильных магнитных полей восприимчивость делокализованных электронов колеблется в зависимости от напряженности поля, что известно как эффект Де Хааса-Ван Альфена.