પ્રતિચુંબકત્વ (diamagnetism)

પ્રતિચુંબકત્વ (diamagnetism) : ઋણ ચુંબકીય સુગ્રાહિતા (susceptibility) ધરાવતા પદાર્થનો ગુણધર્મ. ઋણ ચુંબકીય સુગ્રાહિતાને કારણે પદાર્થની સાપેક્ષ પારગમ્યતા (premeability) μ_r શૂન્યાવકાશની પારગમ્યતા કરતાં ઓછી હોય છે. ન્યૂક્લિયસની આસપાસ ઇલેક્ટ્રૉનની ભ્રમણગતિને કારણે પરમાણુમાં પ્રતિચુંબકત્વ અસ્તિત્વમાં આવે છે. તારના ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરતાં તેની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર પેદા થાય છે. બિલકુલ તેવી જ રીતે ઇલેક્ટ્રૉન કક્ષામાં ભ્રમણગતિ કરે છે ત્યારે, ચુંબકીય ક્ષેત્ર પેદા થાય છે. કક્ષામાં ભ્રમણગતિ કરતા ઇલેક્ટ્રૉન ઉપર બહારથી ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ પાડવામાં આવે તો ઇલેક્ટ્રૉનની કક્ષા અને વેગ બદલાય છે. પરિણામે ચુંબકીય ક્ષેત્ર પેદા થાય છે, જે બહારથી લાગુ પાડેલા ચુંબકીય ક્ષેત્રનો, લેન્ઝના નિયમ મુજબ, વિરોધ કરે છે. લેન્ઝનો નિયમ આ પ્રમાણે છે : પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહનું વહન એવી દિશામાં થાય છે, જેથી તે  ક્ષેત્રના ચુંબકીય ફ્લક્સમાં થતા ફેરફારનો વિરોધ કરે છે. આથી સુગ્રાહિતા ઋણ હોય છે.

ચુંબકીય ક્ષેત્ર બળરેખાઓ વડે દર્શાવાય છે. એકમ ક્ષેત્રફળને લંબ રૂપે પસાર થતી ચુંબકીય બળરેખાઓની સંખ્યાને ચુંબકીય ફ્લક્સ કહે છે. આવી બળરેખાઓ એકબીજીથી સરખા અંતરે અને સમાંતર હોય તો ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન (uniform) ગણાય છે. સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રની બળરેખાઓ દ્રવ્યમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે તેમની વચ્ચેનું લંબઅંતર વધે છે. પ્રતિચુંબકત્વ ધરાવતા પદાર્થને અસમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખતાં તે મંદથી પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્ર તરફ ગતિ કરે છે. પ્રતિચુંબકત્વ ધરાવતા સળિયાને સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખવામાં આવે તો ફલક્સને લંબ રૂપે રહે તે રીતે ગોઠવાય છે.

પ્રતિચુંબકત્વ એ અતિ નિર્બળ ઘટના છે. પારગમ્યતા μ_rનું મૂલ્ય એક કરતાં સહેજ ઓછું હોય છે. તે કેટલીક વખત પ્રબળ અનુચુંબકત્વ (paramagnetism) અને લોહચુંબકત્વ (ferromagnetism) વડે પ્રચ્છાદિત થઈ જાય છે. તાંબું, ઍન્ટિમની, બિસ્મથ, હાઇડ્રોજન, ક્વૉર્ટ્ઝ વગેરે શુદ્ધ પ્રતિચુંબકીય છે. દ્રવ્યના પ્રતિચુંબકીય ગુણધર્મો ઉપર તાપમાનની અસર થતી નથી. પ્રતિચુંબકીય સુગ્રાહિતાનું મૂલ્ય ઘણું ઓછું હોય છે એટલે કે –10^–11 મીટર³ / મોલ જેટલું હોય છે. સુગ્રાહિતાને આ પ્રમાણે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે : સુગ્રાહિતા X = X_p + X_d છે, જ્યાં X_d પ્રતિચુંબકીય અને X_p અનુચુંબકીય સુગ્રાહિતા છે. સામાન્ય સંજોગોમાં પ્રતિચુંબકીય સુગ્રાહિતા X_d તાપમાન ઉપર આધારિત નથી, જ્યારે અનુચુંબકીય સુગ્રાહિતા X_p તાપમાન ઉપર આધારિત છે.

એમ તો બધા જ પદાર્થો પ્રતિચુંબકત્વનો ગુણધર્મ ધરાવે છે, પણ જેમાં X_p = 0 હોય તેવા જ પદાર્થોને પ્રતિચુંબકીય ગણવામાં આવે છે, પણ X_pનું મૂલ્ય શૂન્ય ન હોય તો પદાર્થમાં અનુચુંબકત્વનું પ્રભુત્વ રહે છે; પરિણામે તે અનુચુંબકીય પદાર્થ તરીકે વર્તે છે. આ બાબતે આલ્કલી અને અલ્કલાઇન ધાતુઓ અપવાદરૂપ છે, જેને માટે X_pનું મૂલ્ય ઘણું ઓછું હોય છે. X_p = 0 હોવા માટે અને પદાર્થ પૂર્ણ રૂપે પ્રતિચુંબકત્વ ધરાવે તે માટે બધા જ ઇલેક્ટ્રૉનનાં પ્રચક્રણ (spin) યુગ્મિત થવાં જોઈએ. તેમ થાય તો જ બધી કક્ષીય ચાકમાત્રાઓ એકબીજીને નાબૂદ કરી શકે અને X_p શૂન્ય થાય. ઑક્સિજનને O₂ પરમાણુ સિવાય, ઇલેક્ટ્રૉનની બેકી (even) સંખ્યા ધરાવતા તમામ અણુઓમાં આ શરતનું પાલન થાય છે. દુર્લભ મૃદા (rare earth) અને ઍક્ટિનાઇડ તત્ત્વો સિવાય બિનધાત્વિક ઘન પદાર્થો પણ આ શરતનું પાલન કરે છે.

પ્રશિષ્ટ ભૌતિક વિજ્ઞાન મુજબ મુક્ત ઇલેક્ટ્રૉનનું પ્રતિચુંબકત્વ શૂન્ય થાય છે, પણ રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી લેન્ડોવે ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીની મદદથી તેની ગણતરી કરી છે. લેન્ડોવે ધાતુની અંદરના ઇલેકટ્રૉન જેવા ફર્મી-ડિરાક સાંખ્યિકીને અનુસરતા કણો માટે તેનું મૂલ્ય પાઉલી પ્રચક્રણ અનુચુંબકત્વના 1/3 મૂલ્ય જેટલું મેળવ્યું.

આયનિક સ્ફટિક સિવાયના પદાર્થો માટે બદ્ધ (bound) ઇલેક્ટ્રૉનના પ્રતિચુંબકત્વની ગણતરી મુશ્કેલ છે. ધાતુના પ્રતિચુંબકત્વમાં અવાહક અંતર્ભાગ ઇલેક્ટ્રૉન અને વહન ઇલેક્ટ્રૉનનો ફાળો છે.

સામાન્યત: ઘણાખરા અકાર્બનિક (inorganic) પદાર્થો અને લગભગ બધા જ કાર્બનિક (organic) પદાર્થો પ્રતિચુંબકીય છે. વિશ્વમાં લગભગ બધા જ પદાર્થો કાર્બનિક અથવા અકાર્બનિક છે. એટલે અણુ-પરમાણુ જેવા સૂક્ષ્મ કણોથી શરૂ કરી વિરાટ સ્થૂળ પદાર્થો પ્રતિચુંબકીય છે. એટલે કે પ્રતિચુંબકત્વ એ વૈશ્વિક ઘટના છે.

પ્રહલાદ છ. પટેલ