什么是抗磁性?

抗磁性也叫反磁性,是指一種材料在暴露于強磁場時產生的反磁能力。這種影響是由電子軌道變化產生的 — 從外部來源產生反對磁性小電流。許多非磁性材料具有抗磁性品質,如水,木頭,植物,動物和人體等。比普通磁力弱數百萬倍,抗磁性會在適當環境下導致飄浮。

石墨和鉍是最強的抗磁性材料。石油等有機化合物,以及黃金和汞等重金屬的抗磁性也很強。這些材料被外磁力排斥,因為有渦流在它們的磁場形成。最好的抗磁物質是超導體,如邁斯納效應解釋的一樣,它們在轉變成超導狀態時抵抗磁場。

與這種弱磁力有關的現象之一是抗磁懸浮。在整個磁場強度最低時,給予磁場穩定平衡,會導致物體在自由空間飄浮。生物中的分子,包括水和蛋白質,是反磁性體,并且只在反磁性存在阻力時才有重力。青蛙等小動物,能以這種方式飄浮在空中,小試管試驗已證實了這一點。

與抗磁性相關的理論包括Bohr-Leeuwen定理,聲明一個系統在穩定溫度下不能依賴磁場。抗磁性在高溫時最持久。恩肖的定理(Earnshaw’s theorem)解釋這一現象說:集中于一個方式的磁場必然不會集中在另一個方向。它只適用于固定磁場,抗磁物質能排斥磁場并飄浮在自由空間。

抗磁性最初是在1700年代末被發現的,但該術語直到1800年代中期才被邁克爾·法拉第提出,他發現所有材料在暴露于磁場時都表現出反磁特性。如今,強超導體被用于反對磁力。水的小樣本能被懸浮,并且磁性物體能在不添加力量的情況下在真空環境中懸浮幾小時。該概念已被美國國家航空和宇宙航行局(NASA)廣泛研究,并期望借助微重力試驗人體骨骼和肌肉,以及抵消地球引力的磁體開發。