
反磁性(Diamagnetism)指物质在外加磁场作用下产生微弱抗磁性响应的物理现象。这类物质的磁化率χ为负值(χ < 0),其内部电子轨道运动产生的感应磁矩方向与外部磁场方向相反。根据《中国科学院物理学名词》第三版定义,所有物质均具有反磁性,但只有当顺磁性或铁磁性等更强效应不存在时才能被观测到。
该现象具有三个核心特性:
常见反磁性物质包括:
德国物理学家法拉第于1845年首次通过实验验证了铋和玻璃的反磁性。现代应用领域涵盖磁悬浮技术(如超导磁悬浮列车)、材料检测(磁化率测量)以及量子计算中的磁屏蔽装置。
理论推导依据朗之万方程: $$ chi = -frac{mu_0 n Z e}{6m_e}langle r rangle $$ 其中n为原子密度,Z为原子序数,$langle r rangle$为电子轨道平均半径平方。
反磁性(又称抗磁性)是物质在外加磁场作用下表现出的一种微弱磁性现象,其核心特征和机制如下:
基本定义与表现
反磁性物质的磁化率为负值(约$-10^{-5}$),即其感生磁矩方向与外磁场相反,导致磁场被轻微排斥。所有物质均具有反磁性,但在含不成对电子的物质中,更强的顺磁性会掩盖反磁性效应。
物理机制
与其他磁性的区别
典型物质
反磁性在无未配对电子的物质中表现显著,例如:水、石墨、铋、铜等。超导体更是表现出完全抗磁性(迈斯纳效应)。
应用与意义
反磁性被用于材料分析(如核磁共振技术)和超导研究,同时解释了生物体内水分子等对外磁场的微弱响应。
公式补充:反磁磁化率可表示为
$$
chi_{text{dia}} = -frac{mu_0 n e}{6m} langle r rangle
$$
其中$n$为电子数密度,$e$为电荷量,$m$为电子质量,$langle r rangle$为电子轨道半径平方的平均值。
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