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抗磁性
鎖定
- 中文名
- 抗磁性
- 外文名
- diamagnetism
- 特 徵
- 一種弱磁性
抗磁性理論詮釋
一切物質都具有磁性,任何空間都存在磁場,只是強弱不同而已。磁化率k是材料的磁化強度M與外磁場強度H的比值。它的大小反映了物質磁化的難易程度,也是對物質磁性分類的主要依據。
抗磁性的本質是電磁感應定律的反映。外加磁場使電子軌道動量矩發生變化,從而產生了一個附加磁矩,磁矩的方向與外磁場方向相反。在磁場作用下,電子圍繞原子核的運動是和沒有磁場時的運動一樣,但同時疊加了一項軌道平面繞磁場方向的進動,即拉莫爾進動。
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大多數物質的抗磁性被其順磁性所掩蓋,只有一小部分物質表現出抗磁性。惰性氣體原子表現出的抗磁性可直接測量。一些離子的抗磁性只能從其他測量結果中推算得到。這些物質的k抗的絕對值與原子序數Z成正比,並與外層電子的軌道半徑的平方成正比,與温度的變化無關,稱為正常抗磁性。少數材料(如Bi,Sb)的k抗比較大(可達10-4—10-3量級),隨温度上升變化較快,稱為反常抗磁性。早年曾用Bi做測量磁場的傳感器材料。金屬中自由電子也具有抗磁性,並與温度無關,稱朗道抗磁性。但因其絕對值為其順磁性的1/3,始終被掩蓋不易測量。在特殊條件下,金屬的抗磁性隨磁場的變化有振盪特徵,稱為德哈斯-範阿爾文效應,是費米麪測量的重要方法。超導體中有超導電流時,存在邁斯納效應時具有很強的抗磁性,其抗磁磁導率為-4π。
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抗磁性概念説明
抗磁性(14張)
按照經典理論,傳導電子是不可能出現抗磁性的。因為外加磁場(由於洛倫茲力垂直於電子的運動方向)不會改變電子系統的自由能及其分佈函數,因此磁化率為零。
抗磁性是一些物質的原子中電子磁矩互相抵消,合磁矩為零。當受到外加磁場作用時,物質原子的電子軌道運動會發生變化,而且在與外加磁場的相反方向產生很小的合磁矩。這樣表示物質磁性的磁化率k便成為絕對值很小的負數。一般抗磁性物質的磁化率約為負百萬分之一(-10-6)。
由於組成物質原子的原子核外電子環流的作用使其具有的磁特性。抗磁性是產生的磁性作用在與外加磁場相反方向產生屏蔽。如物質中存在不配對電子時,則出現順磁性,而且可超過任何的抗磁性。屏蔽與去屏蔽取決於核相對任一感生磁場的方向,故稱為各向異性效應。抗磁性各向異性是由π和δ電子雲內的環流引起的。
任何物體在磁場作用下,都會產生抗磁性效應。但因抗磁性很弱,若物體具有順磁性或序磁性(見鐵磁性)時,抗磁性就被掩蓋了。因此,從原子結構來看,呈現抗磁性的物體是由具有滿電子殼層結構的原子、離子或分子組成的,如惰性氣體、食鹽、水以及絕大多數有機化合物等。由於邁斯納效應,超導體是理想的抗磁體(見超導電性)。
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