دیامغناطیس

[SɪʟᴠᴇʀMɪɴᴅ]

مواد دیامغناطیس، موادی هستند که در اثر اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی در آن‌ها یک میدان مغناطیسی القایی در جهت مخالف ایجاد می‌شود و توسط میدان دفع می‌شوند. مواد پارامغناطیس برعکس این رفتار را از خود نشان می‌دهند. دیامغناطیس شدن یک خاصیت مکانیک کوانتومی است که در تمام مواد رخ می‌دهد و وقتی فقط از جنبه مغناطیس به موضوع بنگریم این مواد دیامغناطیس نامیده می‌شوند و برخلاف مواد فرومگنت مغناطیس دائمی نیستند.

نفوذپذیری مغناطیسی آن‌ها کمتر از{\displaystyle \mu _{0}}\mu _{0} می‌باشد (نفوذپذیری خلأ)؛ در نتیجه دیامغناطیس‌ها شکلی از مغناطیس هستند که تنها با یک ماده در حضور یک میدان مغناطیس خارجی به کار گرفته شده ایجاد می‌شوند. در بیشتر مواد، دیامغناطیس کاملاً یک اثر ضعیف دارد، ولی در ابر هادی‌ها (رسانایی بسیار بالا) اثر شدیدی را ایجاد می‌کند.

مواد دیامغناطیس، خطوط سرعت جریان مغناطیسی را در منحنی ایجاد می‌کند که دور از مواد می‌باشد و ابر هادی‌ها می‌توانند آن‌ها را به‌طور کامل ممانعت کنند (به جز برای یک لایه نازک در سطح).
دیامغناطیس یک پدیدهٔ بسیار کلی است؛ زیرا تمام الکترونهای جفت شده، که شامل الکترونهای یک اتم می‌باشد، همیشه یک سهم ضعیفی را در واکنش مواد ایجاد خواهد کرد بنابراین، برای موادی که هر شکل دیگری از مغناطیس را نشان می‌دهند، (مثل فرومغناطیس یا پارامغناطیس)؛ دیامغناطیس به صورت کامل مقاومت ناپذیر است. مثالهایی که اغلب رفتار مغناطیسی را ارائه می‌دهند، مواد دیامغناطیس یا اجسام دیامغناطیس دیامغناطیس نامیده می‌شوند. فلزاتی مثل مس ،جیوه، طلا، یا بیسموت. نفوذپذیری مغناطیس مواد دیامغناطیس کمتر از ۱ است بنابراین،از میدان‌های مغناطیس دفع می‌شوند. دیامغناطیس یک خاصیت ضعیف است که تأثیرات آن در هر روز قابل مشاهده نمی‌باشد. برای مثال، قابلیت مغناطیس پذیری دیامغناطیس‌ها مثل آب {\displaystyle \ \chi _{v}}\ \chi _{{v}} = −۹٫۰۵×۱۰−6 است. اغلب مواد دیامغناطیس قوی، بیسوت است با {\displaystyle \ \chi _{v}}\ \chi _{{v}} = −۱٫۶۶×۱۰−4 است. گرافیت R/rolytic ممکن است یک قابلیت {\displaystyle \ \chi _{v}}\ \chi _{{v}} = −۴٫۰۰×۱۰−۴ را در یک هواپیما داشته باشد. مگر اینکه، این مقادیر به ترتیب مغناطیس‌های کوچک‌تر از مغناطیس را که با پارامغناطیس و فرومغناطیس ارائه می‌شوند مرتب شوند. نفوذپذیری ممکن است برای دیامغناطیس‌های کامل و صحیح ({\displaystyle \ \chi _{v}}\ \chi _{{v}} = −۱)بررسی شود، از این رو آن‌ها تمام میدان‌ها را از درون آن‌ها به علت تأثیر مایسنر (Meissner) بیرون نماید؛ بنابراین این اثر به علت جریانات سرگردان رخ نمی‌دهد. (مقاله نفوذپذیری را ببینید). به علاوه، تمام رساناها یک دیامغناطیس مؤثر را ارائه می‌دهند زمانیکه آن‌ها یک تغییر میدان مغناطیسی را تجربه می‌کند. نیروی Lorentz در الکترونها، باعث می‌شود که آن‌ها در گردش اطراف جریانات سرگردان شکل گیرد. جریانات سرگردان سپس یک میدان مغناطیسی القاء شده را ایجاد می‌کند که مخالف میدان به کار گرفته شده می‌باشد.


قورباغه زنده معلق شده inside a 32 mm diameter vertical bore of a Bitter solenoid in a magnetic field of about ۱۶ تسلا at the Nijmegen High Field Magnet Laboratory.
[۱]

تاریخچه
در سال ۱۷۷۸، S. J . Bergmau، اولین فرد بود مشاهده نمود که بیسموت و انتیموان توسط میدانهای مغناطیسی دفع می‌شدند؛ بنابراین، اصطلاح «دیامغناطیس» توسط میشل فردی در سپتامبر سال ۱۸۴۵ ابداع شد، زمانیکه فهمید که تمام مواد در طبیعت، شکل واکنش دیامغناطیسی را در یک میدان مغناطیس به کار گرفته شده را دارا هستند.

اثبات تجربی دیامغناطیس
اثبات تجربی دیامغناطیس می‌توان از یک آهنربا و یک فلز دیامغناطیس مانند طلا استفاده نمود به این شکل که زمانی که طلا بروی یک چوب پنبه یا یونولیت به صورت عمودی برسطح مایع یا آب به صورت شناور قرار داده شود هنگامی که آهنربا به طلای شناور در سطح آب یا مایع نزدیک می‌گردد جریان گردابی دفع کننده‌ای در بین طلا و آهنربا شکل گرفته و موجب دفع طلا از آهنربا می‌گردد[۲] یا می‌توان گفت شرایط پراکندگی الکتریکی در وضعیت هم‌نام پدید می‌آید که هرگز فلزات دیامغناطیس مانند طلا حالت آهنربایی به خود نمی‌گیرند و هر زمان و هر مقدار هم فلزات دیامغناطیسی مانند طلا در کنار آهنربا باشد بعد از جداشدن طلا از آهنربا، طلا حالت آهنربایی به خود نمی‌گیرد و این یک اثبات ساده تجربی منابع و فلزات دیامغناطیس است که فلزی مانند طلا تحت اثر مغناطیس آهنربا و همچنین مغناطیس زمین قرار نمی‌گیرد.[۳]

انحنا سطوح آب
اگر یک آهن‌ربای قوی (مثل چند آهن‌ربا) با یک لایه‌ای از آب پوشش داده شود (که در مقایسه با قطر آهن‌ربا باریک است) میدان آهن‌ربا، آب را دفع می‌کند. این عامل یک کشش ناچیز در سطح آب است که ممکن است انعکاس آن دیده شود.

شناوری دیامغناطیس
دیامغناطیس‌ها ممکن است در تعادل ثابت در یک میدان مغناطیسی، بدون هیچ مصرف نیرو، شناور بماند. قضیهٔ Earnshaw در جلوگیری و ممانعت احتمال شناور ماندن ثابت مغناطیس، آمده‌است؛ بنابراین، قضیه Earnshaw تنها برای اشیایی با گشتاورهای مثبت به کار گرفته می‌شود. مثل فرومغناطیس‌ها (که یک گشتاور مثبت پایدار را دارند) و پارامغناطیس‌ها (که شامل یک گشتاور مثبت هستند) این‌ها یه حداکثر میدان جذب می‌شوند، که در فضای آزاد وجود ندارند. دیامغناطیس‌ها (که شامل گشتاور منفی هستند) به حداقل میدان جذب می‌شوند و می‌توانند یک میدان کمی را در فضای آزاد داشته باشند. یک بخش نازکی از گرافیت Pyrolytic، که یک ماده دیامغناطیس قوی غیرمعمول است، می‌تواند به صورت ثابت در یک میدان مغناطیسی شناور باشد. این می‌تواند با تمام ترکیباتی در درجه حرارت اتاق انجام شود که یک شناوری بصری مؤثر از دیامغناطیس‌ها را ایجاد نماید. دانشگاه Radboud Nijmegen در Netherland، نتایجی را اجرا نموده‌اند که در کجا آب دیگر مواد، به صورت موفق شناور بودند. یک قورباغه زنده شناور بود. در سپتامبر ۲۰۰۹، آزمایشگاه Propulsiono Jet ناسا در Pasadena کالیفرنیا. اعلام داشت که آن‌ها در شناور نمودن موش‌ها با استفاده از آهن‌ربای مافوق مادی موفق شدند. یک مرحله مهمی بود که موش‌ها از نظر زیستی به انسانها شبیه تر از قورباغه‌ها بودند. آن‌ها امید داشتند که نتایج مطابق با تأثیرات آزمایشگاهی استخوان و ماهیچه‌ها باشد. نتایج اخیر، رشد پروتئین‌ها را بررسی می‌کرد که منتها به روشی بود که با استفاده از آهن‌رباهای قوی بود که رشد را در چگالی زمین مقایسه شود.