Techniklexikon

Diamagnetismus

Elektrodynamik und ElektrotechnikAtom- und Molekülphysik, das Auftreten eines Magnetfeldes M, der sogenannten Magnetisierung (s.u.), bei Anlegen eines äusseren Magnetfeldes B_ext an eine Substanz, wobei die Magnetisierung dem äusseren Feld entgegengerichtet ist.

Die Ursache hierfür ist die Präzessionsbewegung der Atome bzw. Moleküle des Materials um die Richtung von B_ext (Larmor-Präzession). Diese Präzessionsbewegung lässt sich klassisch als eine "Taumelbewegung" der Atome interpretieren, welche ein dem äusseren Feld entgegengesetztes Magnetfeld induziert (Lenzsche Regel). Diamagnetismus tritt in allen Stoffen auf, wird jedoch bei manchen von weitaus stärkeren Effekten Paramagnetismus und Ferromagnetismus überlagert.

Die Frequenz der induzierten Kreisströme, die Larmor-Frequenz, ist gegeben durch w_L =  - eB_ext/m_e (e: Elementarladung, B_ext: äussere magnetische Flussdichte, m_e Elektronenmasse). Das induzierte mikroskopische magnetische Moment ist

( á r² ñ : mittleres Abstandsquadrat der Elektronen von der Drehachse, Z: Anzahl der Elektronen bzw. Ordnungszahl). Mit der Anzahldichte n und der Magnetisierung M = nm folgt für die magnetische Suszeptibilität

Der auf den Diamagnetismus zurückgehende Anteil von c_m ist also temperaturunabhängig, sofern sich die Dichte nicht merklich ändert, und stets negativ.

Stoffe, deren Suszeptiblität hiermit vollständig erklärt werden kann, heissen diamagnetisch bzw. Diamagnetika. Wegen ihrer negativen Suszeptibilität ist ihre Permeabilitätszahl m_r kleiner als 1, das Magnetfeld wird aus dem Körper herausgedrängt. Ein ideales Diamagnetikum ist der Supraleiter: Dort verschwindet das Magnetfeld im Inneren völlig, es ist c_m = 0 bzw. m_r =  - 1.

In einem inhomogenen Magnetfeld wird ein diamagnetischer Probekörper zu Stellen geringerer Feldstärke getrieben; wenn z.B. ein diamagnetisches Stäbchen zwischen die Pole eines Elektromagneten mit zugespitzten Polschuhen gehängt wird, so stellt es sich senkrecht zur Verbindungslinie der Polschuhe (äquatorial); ein paramagnetisches Stäbchen stellt sich dagegen parallel.

Auch Plasmen können Diamagnetismus zeigen, wenn sie nicht im thermischen Gleichgewicht sind und hohen äusseren Magnetfeldern ausgesetzt sind. Auch beim Elektronengas tritt Diamagnetismus auf und trägt z.B. zur Suszeptibilität von Metallen bei. (Landau-Diamagnetismus, Magnetismus) [MD]