nghịch từ và vật liệu nghịch từ là gì

Các vật liệu nghịch từ bị đẩy bởi một từ trường, từ trường được áp dụng tạo ra một từ trường cảm ứng trong chúng theo hướng ngược lại, gây ra lực đẩy. Ngược lại, vật liệu thuận từ và sắt từ bị hút bởi từ trường. Đối với vật liệu nghịch từ thì từ thông giảm còn đối với vật liệu thuận từ thì từ thông tăng.

Hiện tượng nghịch từ được phát hiện bởi Sebald Justinus Brugmans, người vào năm 1778 đã nhận thấy rằng bismuth và antimon bị từ trường đẩy. Thuật ngữ nghịch từ do Michael Faraday đặt ra vào tháng 9 năm 1845. Ông nhận ra rằng tất cả các vật liệu thực sự có một số loại hiệu ứng nghịch từ đối với từ trường bên ngoài.

Tính nghịch từ có lẽ là dạng từ ít được biết đến nhất, mặc dù thực tế là tính nghịch từ xảy ra ở hầu hết các chất.

Tất cả chúng ta đều quen với sự hấp dẫn từ tính vì tần suất vật liệu sắt từ và vì chúng có độ nhạy từ rất lớn.Mặt khác, hiện tượng nghịch từ hầu như không được biết đến trong cuộc sống hàng ngày vì các vật liệu nghịch từ nói chung có rất ít độ cảm và do đó lực đẩy hầu như không đáng kể.

Hiện tượng nghịch từ là hệ quả trực tiếp của hành động của lực lượng Lenzxảy ra khi một chất được đặt trong không gian có từ trường. Các chất nghịch từ gây ra sự suy yếu của bất kỳ từ trường bên ngoài nào mà chúng nằm trong đó. Vectơ trường Lenz luôn hướng vào vectơ trường áp dụng bên ngoài. Điều này đúng theo bất kỳ hướng nào, bất kể hướng của vật thể nghịch từ đối với trường ứng dụng.

Bất kỳ cơ thể nào làm bằng vật liệu nghịch từ không chỉ làm suy yếu trường bên ngoài do ảnh hưởng của phản ứng Lenz, mà còn chịu tác động của một lực nhất định nếu trường bên ngoài không đồng nhất trong không gian.

Lực này, phụ thuộc vào hướng của gradient trường và không phụ thuộc vào hướng của chính trường, có xu hướng di chuyển cơ thể từ vùng có từ trường tương đối mạnh sang vùng có từ trường yếu hơn - nơi các thay đổi trong quỹ đạo của electron sẽ xảy ra. tối thiểu.

Lực cơ học tác dụng lên một vật thể nghịch từ trong từ trường là thước đo các lực nguyên tử có xu hướng giữ các electron quỹ đạo trong quỹ đạo hình cầu.

Tất cả các chất đều nghịch từ vì thành phần cơ bản của chúng là nguyên tử có electron quỹ đạo… Một số chất tạo ra cả trường Lenz và trường spin. Do trường spin thường mạnh hơn nhiều so với trường Lenz, khi các trường thuộc cả hai loại xảy ra, hiệu ứng do trường spin thường chiếm ưu thế.

Tính nghịch từ do những thay đổi trong quỹ đạo của electron thường yếu vì các trường cục bộ tác động lên từng electron mạnh hơn nhiều so với các trường bên ngoài tác dụng, có xu hướng thay đổi quỹ đạo của tất cả các electron. Vì những thay đổi quỹ đạo là nhỏ nên phản ứng Lenz liên quan đến những thay đổi này cũng nhỏ.

Đồng thời, nghịch từ là do chuyển động ngẫu nhiên phần tử plasma, biểu hiện mạnh hơn nhiều so với hiện tượng nghịch từ liên quan đến sự thay đổi quỹ đạo của electron, vì các ion plasma và electron không chịu tác dụng của lực liên kết lớn.Trong trường hợp này, từ trường tương đối yếu làm thay đổi đáng kể quỹ đạo của hạt.

Tính nghịch từ của nhiều hạt vi mô riêng lẻ chuyển động theo các quỹ đạo thuộc các loại khác nhau có thể được coi là kết quả của ảnh hưởng của dòng điện tương đương bao quanh cơ thể có chất chứa các hạt này. Việc đo dòng điện này cho phép định lượng được độ nghịch từ.

Bay lên từ trường:

Một số ví dụ về vật liệu nghịch từ là nước, bismuth kim loại, hydro, heli và các khí hiếm khác, natri clorua, đồng, vàng, silicon, gecmani, than chì, đồng và lưu huỳnh.

Nói chung, nghịch từ thực tế là vô hình, ngoại trừ cái gọi là chất siêu dẫn… Ở đây hiệu ứng nghịch từ mạnh đến mức chất siêu dẫn thậm chí di chuyển trên một nam châm.

Việc chứng minh sự bay lên của nghịch từ đã sử dụng một tấm than chì nhiệt phân—nó là một vật liệu có tính nghịch từ cao, nghĩa là một vật liệu có độ nhạy từ tính rất âm.

Điều này có nghĩa là khi có từ trường, vật liệu bị từ hóa, tạo ra một từ trường đối lập khiến vật liệu bị đẩy bởi nguồn từ trường. Điều này ngược lại với những gì xảy ra với các vật liệu thuận từ hoặc sắt từ bị thu hút bởi các nguồn từ trường (ví dụ như sắt).

Than chì nhiệt phân, một vật liệu có cấu trúc đặc biệt mang lại cho nó tính nghịch từ tuyệt vời. Điều này, kết hợp với mật độ thấp và từ trường mạnh đạt được với nam châm neodymium, làm cho hiện tượng có thể nhìn thấy như trong những bức ảnh này.

Người ta đã xác nhận bằng thực nghiệm rằng vật liệu nghịch từ có:

• Độ thấm từ tương đối nhỏ hơn một;
• Cảm ứng từ âm;
• Độ nhạy từ tính âm, thực tế không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Ở nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn, trong quá trình chuyển đổi của một chất sang trạng thái siêu dẫn, nó trở thành một nam châm lý tưởng:Hiệu ứng Meissner và ứng dụng của nó