¿Qué es el diamagnetismo y los materiales diamagnéticos?

Los materiales diamagnéticos son repelidos por un campo magnético, el campo magnético aplicado crea un campo magnético inducido en ellos en dirección opuesta, provocando una fuerza repulsiva. Por el contrario, los materiales paramagnéticos y ferromagnéticos son atraídos por un campo magnético. Para materiales diamagnéticos, el flujo magnético disminuye y para materiales paramagnéticos, el flujo magnético aumenta.

El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto por Sebald Justinus Brugmans, quien en 1778 notó que el bismuto y el antimonio eran repelidos por los campos magnéticos. El término diamagnetismo fue acuñado por Michael Faraday en septiembre de 1845. Se dio cuenta de que todos los materiales en realidad tienen algún tipo de efecto diamagnético en los campos magnéticos externos.

El diamagnetismo es probablemente la forma menos conocida de magnetismo, a pesar de que el diamagnetismo ocurre en casi todas las sustancias.

Todos estamos acostumbrados a la atracción magnética debido a la frecuencia con la que materiales ferromagnéticos y ya que tienen una enorme susceptibilidad magnética.Por otro lado, el diamagnetismo es casi desconocido en la vida cotidiana porque los materiales diamagnéticos en general tienen muy poca susceptibilidad y, por lo tanto, las fuerzas de repulsión son casi insignificantes.

El fenómeno del diamagnetismo es una consecuencia directa de las acciones de las fuerzas de Lenzse produce cuando se coloca una sustancia en un espacio donde hay campos magnéticos. Las sustancias diamagnéticas provocan el debilitamiento de cualquier campo magnético externo en el que se encuentren. El vector de campo de Lenz siempre se dirige contra el vector de campo aplicado externamente. Esto es cierto en cualquier dirección, independientemente de la orientación del cuerpo diamagnético con respecto al campo aplicado.

Cualquier cuerpo hecho de material diamagnético no solo debilita el campo externo debido a la influencia de la reacción de Lenz, sino que también experimenta la acción de una cierta fuerza si el campo externo no es uniforme en el espacio.

Esta fuerza, que depende de la dirección del gradiente de campo y es independiente de la dirección del campo mismo, tiende a mover el cuerpo de la región de campo magnético relativamente fuerte a la región de campo más débil, donde los cambios en las órbitas de los electrones serán mayores. mínimo.

La fuerza mecánica que actúa sobre un cuerpo diamagnético en un campo magnético es una medida de las fuerzas atómicas que tienden a mantener los electrones orbitales en órbitas esféricas.

Todas las sustancias son diamagnéticas porque sus constituyentes básicos son átomos con electrones orbitales… Algunas sustancias crean campos de Lenz y campos de espín. Debido al hecho de que los campos de espín suelen ser mucho más intensos que los campos de Lenz, cuando se producen campos de ambos tipos, suelen predominar los efectos debidos a los campos de espín.

El diamagnetismo resultante de los cambios en las órbitas de los electrones suele ser débil porque los campos locales que actúan sobre los electrones individuales son mucho más fuertes que los campos externos aplicados, que tienden a cambiar las órbitas de todos los electrones. Dado que los cambios orbitales son pequeños, la reacción de Lenz asociada con estos cambios también es pequeña.

Al mismo tiempo, el diamagnetismo se debe al movimiento aleatorio. elementos de plasma, se manifiesta mucho más fuertemente que el diamagnetismo asociado con un cambio en las órbitas de los electrones, ya que los iones de plasma y los electrones no experimentan la acción de grandes fuerzas de enlace. En este caso, los campos magnéticos relativamente débiles cambian significativamente las trayectorias de las partículas.

El diamagnetismo de muchas partículas microscópicas individuales que se mueven a lo largo de trayectorias de diferentes tipos puede considerarse como el resultado de la influencia del circuito de corriente equivalente que rodea el cuerpo cuya sustancia contiene estas partículas. La medición de esta corriente permite cuantificar el diamagnetismo.

Levitación diamagnética:

Algunos ejemplos de materiales diamagnéticos son el agua, el bismuto metálico, el hidrógeno, el helio y otros gases nobles, el cloruro de sodio, el cobre, el oro, el silicio, el germanio, el grafito, el bronce y el azufre.

En general, el diamagnetismo es prácticamente invisible, a excepción de los llamados superconductores… Aquí el efecto diamagnético es tan fuerte que los superconductores incluso se mueven sobre un imán.

La demostración de la levitación diamagnética utilizó una placa de grafito pirolítico, es un material altamente diamagnético, es decir, un material con una susceptibilidad magnética muy negativa.

Esto significa que en presencia de un campo magnético, el material se magnetiza, creando un campo magnético opuesto que hace que el material sea repelido por la fuente del campo magnético. Esto es lo contrario de lo que sucede con los materiales paramagnéticos o ferromagnéticos que son atraídos por las fuentes de campos magnéticos (por ejemplo, el hierro).

Grafito pirolítico, material con una estructura especial que le confiere un gran diamagnetismo. Esto, combinado con su baja densidad y los fuertes campos magnéticos que se logran con imanes de neodimio, hace visible el fenómeno tal como es en estas fotos.

Se ha confirmado experimentalmente que los materiales diamagnéticos tienen:

• La permeabilidad magnética relativa es menor que uno;
• inducción magnética negativa;
• Susceptibilidad magnética negativa, prácticamente independiente de la temperatura.

A temperaturas por debajo de las temperaturas críticas, durante la transición de una sustancia a un estado superconductor, se convierte en un diamagneto ideal:Efecto Meissner y su uso