Diamagnetismus

Materie kann was ihr Verhalten in einem Magnetfeld angeht in 3 Kategorien eingeteilt werden: diamagnetische, paramagnetische und ferromagnetische Stoffe.

Ein ferromagnetischer Stoff wie etwa das namensgebende Eisen (lat. ferrum) wird von einem Magneten angezogen. Es bildet also einen Südpol gegenüber dem Nordpol des Magneten aus. Dadurch wird in einem inhomogenen Feld ein ferromagnetischer Stoff vom Magneten angezogen. Dieses Verhalten ist uns bekannt. Paramagnetische Stoffe verhalten sich ähnlich wie ferromagnetische, nur ist der Effekt der Anziehung viel, viel geringer. Auch bei paramagnetischen Stoffen bildet sich gegenüber dem Nordpol des Magneten ein Südpol im Stoff aus. Diamagnetische Stoffe verhalten sich komplett unterschiedlich dazu, indem sie dem Norpol des Magneten gegenüber auch einen Nordpol “entwickeln”. Aufgrunddessen werden diamagnetische Stoffe von einem Magneten in dessen inhomogenen Feld abgestoßen!

Dies führt dazu, dass man einen diamagnetischen Stoff wie etwa pyrolytischen Graphit über Magneten schweben lassen kann (sog. diamagnetische Levitation):

Bildquelle: https://www.klangspiel.ch/quadro_16/index.html

Pyrolytischen Graphit erhält man zum Beispiel für kleines Geld auf www.ebay.com.

Was die wenigsten wissen, auch Wasser ist diamagnetisch. Um dies nachzuweisen, benötigt man eine flache Plastikschalte, einen starken Magneten, Holzteile für die Halterung zum Beispiel von der österreichischen Firma Matador (https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile/Kloetze:::1_3_55_57.html), einen Laserpointer und eine Millimeterskala.

Bewegt man den starken Magneten unterhalb der ganz wenig mit Wasser gefüllten Schale, so wird das diamagnetische Wasser vom Magneten weggedrückt und es bildet sich eine kleine Mulde aus:

Leuchtet man nun mit dem Laser von oben auf die deformierte Wasseroberfläche, so wird der Laserstrahl je nach Position der Mulde zum Strahl unterschiedlich abgelenkt. Aus der Verschiebung x kann mittels der Höhe H und dem Tangens auf den Ablenkwinkel 2·α rückgeschlossen werden und in weiterer Folge auf den Steigungswinkel α der Mulde. Kennt man nun für verschiedene horizontale Positionen x den Steigungswinkel α, so kann die Muldenform bzw. deren Tiefe mittels Integration eruiert werden. Genau darum wird es in diesem Experiment gehen.

Das Stativ für den mit Wasser gefüllten Becher und die Magnethalterung habe ich aus Matador-Holzteilen gefertigt:

Hier der gesamte Messaufbau:

Die Höhe H betrug konkret 73 cm:

Die Messergebnisse:

Die Muldentiefe beträgt also lediglich 34 µm, Heureka…