磁與磁場

抗磁性(diamagnetism)

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抗磁性是最微弱也最普遍的一種磁性,材料會被輕微地推離磁場,與順磁體和鐵磁體所表現的吸引相反。它存在於每一種物質之中,只是通常被更強的效應蓋過;在沒有其他磁性的材料(如水、銅或石墨)中,剩下的就是它。它回答的問題是:一樣東西怎麼會被磁鐵排斥而非吸引?

這個效應源自原子內部本身的反應。當外加磁場被開啟時,它會稍微改變每個原子中環繞運動的電子的運動狀態,而根據冷次定律(Lenz's law),這種改變會建立起微小的原子電流,其自身的磁場與外加磁場相反。於是每個原子都產生一個指向與磁場相反的微小感應磁矩,形成微弱的排斥。因為這來自所有電子、而非未配對的電子,抗磁性存在於所有物質中,但它極其微弱,通常比冰箱磁鐵的吸力還弱上十萬倍。

抗磁性雖小卻真實,而且已被具象呈現:夠強的磁場可以懸浮一滴水、一隻活青蛙,或一小片熱解石墨,靠純粹的排斥力把它們托在空中對抗重力。超導體是最戲劇性的極端,它會完全排斥磁場(邁斯納效應),表現得像完美的抗磁體,這就是為什麼磁鐵能懸浮在冷卻的超導體上方。

在最強的實驗室磁鐵中,曾讓一隻小活青蛙懸浮在半空中。牠體內的水具抗磁性,磁場對每個分子的排斥力加總起來,恰好平衡了重力。

一種普遍卻極微弱的排斥力,只有在很強的磁場中才看得見。

抗磁性存在於一切物質中,但它極其微弱,因此在任何含有順磁或鐵磁原子的材料中,那些更強的吸引效應會完全將它掩蓋。

又稱
weak repulsion from a field反磁性