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Diamagnetismus

Was ist Diamagnetismus?

Der sogenannte Diamagnetismus beschreibt zusammen mit dem Para- und dem Ferromagnetismus verschiedene magnetische Eigenschaften von Materie. Ein paramagnetisches Material wird laut der Definition von Diamagnetismus nur ausgesprochen schwach angezogen. Die Ursache dahinter ist vor allem durch die Beschaffenheit der Atome und die Lage der Elektronen innerhalb von bestimmten Materialien begründet.

Wie erkennt man diamagnetische Stoffe?

Diamagnetische Stoffe erkennt man ganz leicht mittels eines kurzen Tests. Sobald ein Material nicht an einem Magneten haften bleibt, gilt es als nicht magnetisch. Wird es zudem von einem Magneten leicht abgestoßen, gilt es als diamagnetisch. Diamagnetismus bedeutet einfach erklärt, dass die Elementarmagnete im Material dem äußeren Feld, also dem Magneten, entgegengerichtet sind. Ohne ein äußeres Magnetfeld sind diese Substanzen also nicht magnetisch.

Eigenschaften von diamagnetischen Materialien

Der Diamagnetismus wurde von der Entdeckung Michael Faradays geprägt, dass jedes Element in der Natur auf bestimmte Magnetfelder reagiert. Diamagnetische Elemente schwächen ein magnetisches Feld ab. Das geschieht proportional und wird mit dem Messprinzip der relativen Permeabilität μ_r definiert. Sie gibt an, um welchen Faktor die magnetische Flussdichte des jeweiligen Materials durch seine Beschaffenheit vergrößert oder verkleinert wird. Bei Diamagneten ist diese immer kleiner als 1. Je nach Materialbeschaffenheit ergibt sich eine andere Suszeptibilität der Substanzen. Diese ist abhängig von:

  • Temperatur des Materials
  • Aggregatzustand
  • Kristallsystem
  • Richtung des jeweiligen Kristallgitters
Außerdem können diamagnetische Materialien, die beispielsweise mit paramagnetischen verbunden werden, den Diamagnetismus des ganzen Objekts hervorrufen. Das hängt von der Zusammensetzung und Richtung der Elektronen im Material ab, dem sogenannten Elektronenspin.

Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass jedes Material zunächst diamagnetisch reagiert. Sobald es in ein äußeres Magnetfeld H_0 eingebracht wird, kommt es zur sogenannten Induktion der Kreisströme I mit magnetischen Momenten m. Diese stehen dem äußeren Feld direkt entgegen. Diese Eigenschaft wird auch als Lenzsche Regel bezeichnet:

Das bedeutet, dass der Diamagnet eine leicht negative magnetische Suszeptibilität X aufweist.

Supraleiter: Schwebende Diamagneten

Sogenannte Supraleiter gelten als die absoluten Diamagneten. Die abstoßende Kraft dieser Elemente ist besonders stark. So verdrängen sie die magnetische Flussdichte im Inneren komplett. Dadurch können diese Materialien sogar über Magneten schweben. Dafür wird allerdings ein besonders starkes Magnetfeld von über 15 Tesla im Labor benötigt. Diamagnetismus findet oftmals Anwendung bei Simulationen der absoluten Schwerelosigkeit unter Einwirkung des Gravitationsfeldes der Erde.