דיאמגנטיות

דיאמגנטיות (באנגלית: Diamagnetism) היא תכונה של חומר ליצור שדה מגנטי בכיוון מנוגד לכיוונו של שדה מגנטי חיצוני המופעל עליו.

הרחפה של גרפיט פירוליטי

תופעה זו היא תוצאה של שינויים בתנועה האורביטלית של האלקטרונים. תיאור מדויק של התופעה מתקבל במכניקת הקוונטים באמצעות אפקט זימן.

גם במסגרת של אלקטרומגנטיות קלאסית ולא קוונטית, ניתן להסביר את התופעה. הפעלת שדה מגנטי יוצרת כוח מגנטי על אלקטרון נע לפי כוח לורנץ. כוח זה משנה את הכוח הצנטריפטלי על האלקטרון, וגורם לו להאיץ או להאט בתנועה האורביטלית שלו. מהירות האלקטרון שהשתנתה משנה את המומנט המגנטי של האורביטל בכיוון מנוגד לשדה החיצוני שהופעל.

כל החומרים מראים תגובה דיאמגנטית בתגובה לשדה מגנטי מושרה; אולם עבור חומרים המראים צורה אחרת של מגנטיות (כגון פרומגנטיות או פאראמגנטיות), הדיאגמנטיות מתבטלת לחלוטין. חומרים שמפגינים רק, או לרוב, התנהגות דיאמגנטית מכונים חומרים דיאמגנטיים, או דיאמגנטים. חומרים שנחשבים כדיאמגנטיים הם אלה שנחשבים בדרך כלל על ידי לא-פיזיקאים בתור "לא מגנטיים", וכוללים מים, DNA, רוב התרכובות האורגניות כגון שמן ופלסטיק, ומתכות רבות כגון כספית, גליום, זהב וביסמוט.

חומרים דיאמגנטיים הם בעלי פרמיאביליות מגנטית שבאופן יחסי קטנה מ-1, ולפיכך בעלי סוספטיביליות מגנטית שלילית, וכתוצאה מכך נדחים על ידי שדות מגנטיים. אולם, כיוון שדיאמגנטיות היא תכונה כה חלשה השפעותיה אינן נצפות בחיי היומיום.

לדוגמה, הסוספטיביליות המגנטית של חומר דיאמגנטי כגון מים היא ‎-9.05×10^-6‎. החומר בעל הדיאמגנטיות החזקה ביותר הוא ביסמוט,

‎-166×10^-6‎, אף על פי שלגרפיט פירוליטי עשויה להיות סוספטיביליות של ‎-400×10^-6‎ במישור אחד. למרות הכל, גודלם של ערכים אלו קטן מהמגנטיות שמפגינים פאראמגנטים ופרומגנטים. מוליכי-על עשויים להיחשב כבעלי דיאמגנטיות מושלמת (1-), כיוון שהם דוחים כל שדה מהפנים שלהם בעקבות אפקט מייסנר.

היסטוריה

בשנת 1778 הפיזיקאי ההולנדי אנטון ברוחמאנס (Anton Brugmans) היה האדם הראשון שצפה בביסמוט ואנטימון נדחים על ידי שדות מגנטיים. אולם, המונח "דיאמגנטיות" נטבע על ידי מייקל פאראדיי בספטמבר 1845, כאשר הוא הבין שכל החומרים בטבע הם בעלי צורה מסוימת של תגובה דיאמגנטית לשדה מגנטי שמופעל עליהם. תאוריה נוספת מבוססת על תאוריה קוואנטית פותחה בשנת 1929 על ידי לב לנדאו.

הרחפה דיאמגנטית

צפרדע חיה מורחפת בסולנואיד בעל שדה מגנטי של 16 טסלה במעבדה לשדה מגנטי גבוה בניימיכן סרטון.

תופעה מרתקת במיוחד המערבת דיאמגנטים היא שהם יכולים לרחף בשיווי משקל יציב בשדה מגנטי. משפט ארנשו נראה כשולל את האפשרות של הרחפה מגנטית סטטית. אולם, משפט ארנשו תקף רק לגופים בעלי מומנט מגנטי קבוע, כגון פרומגנטים, שהאנרגיה המגנטית שלהם ניתנת על ידי מכפלת המומנט המגנטי בשדה המגנטי. פרומגנטים נמשכים לנקודת המקסימום של השדה, שלא קיימת בחלל חופשי. דיאמגנטיות היא צורה מושרית של מגנטיות, וכתוצאה מכך המומנט המגנטי פרופורציונלי לשדה המגנטי המופעל B. משמעות הדבר היא שהאנרגיה המגנטית של דיאמגנטים פרופורציונלית ל-B², הצפיפות של השדה המגנטי. דיאמגנטים נמשכים גם למינימום של השדה, וייתכן מינימום ב-B² בחלל חופשי (למעשה $\nabla ^{2}\mathbf {B} ^{2}\geq 0$).

חתיכה דקה של גרפיט פירוליטי, שהוא חומר דיאמגנטי חזק בצורה יוצאת דופן, יכולה לצוף ביציבות בשדה מגנטי, כגון זה הנובע ממגנטים קבועים העשויים מעפרות נדירות. דבר זה יכול להיעשות כאשר כל הרכיבים הם בטמפרטורת החדר, ויוצרים הדגמה נראית לעין אפקטיבית של דיאמגנטיות.

קישורים חיצוניים

• סרטי וידאו של צפרדעים ודיאמגנטים אחרים המורחפים בשדה מגנטי חזק(הקישור אינו פעיל)
• סרט וידאו של הרחפת גרפיט פירוליטי
• סרט וידאו של מגנט ניאודימיום המורחף בין לוחות ביסמות
• דיאמגנטיות, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)