
反磁性(Diamagnetism)指物質在外加磁場作用下産生微弱抗磁性響應的物理現象。這類物質的磁化率χ為負值(χ < 0),其内部電子軌道運動産生的感應磁矩方向與外部磁場方向相反。根據《中國科學院物理學名詞》第三版定義,所有物質均具有反磁性,但隻有當順磁性或鐵磁性等更強效應不存在時才能被觀測到。
該現象具有三個核心特性:
常見反磁性物質包括:
德國物理學家法拉第于1845年首次通過實驗驗證了铋和玻璃的反磁性。現代應用領域涵蓋磁懸浮技術(如超導磁懸浮列車)、材料檢測(磁化率測量)以及量子計算中的磁屏蔽裝置。
理論推導依據朗之萬方程: $$ chi = -frac{mu_0 n Z e}{6m_e}langle r rangle $$ 其中n為原子密度,Z為原子序數,$langle r rangle$為電子軌道平均半徑平方。
反磁性(又稱抗磁性)是物質在外加磁場作用下表現出的一種微弱磁性現象,其核心特征和機制如下:
基本定義與表現
反磁性物質的磁化率為負值(約$-10^{-5}$),即其感生磁矩方向與外磁場相反,導緻磁場被輕微排斥。所有物質均具有反磁性,但在含不成對電子的物質中,更強的順磁性會掩蓋反磁性效應。
物理機制
與其他磁性的區别
典型物質
反磁性在無未配對電子的物質中表現顯著,例如:水、石墨、铋、銅等。超導體更是表現出完全抗磁性(邁斯納效應)。
應用與意義
反磁性被用于材料分析(如核磁共振技術)和超導研究,同時解釋了生物體内水分子等對外磁場的微弱響應。
公式補充:反磁磁化率可表示為
$$
chi_{text{dia}} = -frac{mu_0 n e}{6m} langle r rangle
$$
其中$n$為電子數密度,$e$為電荷量,$m$為電子質量,$langle r rangle$為電子軌道半徑平方的平均值。
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