標籤:磁法

磁化率,表徵磁介質屬性的物理量。常用符號cm表示,等於磁化強度M與磁場強度H之比引,即 M=cmH對於順磁質,cm>0,對於抗磁質,cm<0,其值都很小。對於鐵磁質,cm很大,且還與H有關(即M與H之間有複雜的非線性關係)。對於各向同性磁介質,cm是標量;對於各向異性磁介質,磁化率是一個二階張量。

1釋義

smagnetic susceptibility

2概念

在國際單位制(SI)中,磁化率cm是一個無量綱的純數。
某一物質的磁化率可以用體積磁化率κ 或者質量磁化率χ來表示。體積磁化率無量綱參數。在CGS單位系統下的磁化率值是SI下的4π倍,即χ(CGS)=4πχ(SI)。體積磁化率除以密度即為質量磁化率,亦即χ=κ/ρ,其單位為m^3/kg.

3特性

物質在外磁場中,會被磁化並感生一附加磁場,此物質因磁化而激發出來的磁場強度H′與外加的激發磁場強度H之和稱為該物質在外磁場作用下的磁場強度B,即
B=H+H′ (1)
H′H方向相同的叫順磁性物質,相反的叫反磁性物質。還有一類物質如鐵、鈷、鎳及其合金,H′H大得多(H′/H)高達10,而且附加磁場在外磁場消失后並不立即消失,這類物質稱為鐵磁性物質。
物質的磁化可用磁化強度I來描述,H′=4πI。對於非鐵磁性物質,I與外磁場強度H成正比
I=KH(2)
式中,K為物質的單位體積磁化率(簡稱磁化率),是物質的一種宏觀磁性質。在化學中常用單位質量磁化率χm或摩爾磁化率χM表示物質的磁性質,它的定義是
χm=K/ρ(3)
χM=MK/ρ(4)
式中,ρM分別是物質的密度和摩爾質量。由於K是無量綱的量,所以χmχM的單位分別是cm·g和cm·mol-1。
磁感應強度SI單位是特[斯拉](T),而過去習慣使用的單位是高斯(G),1T=10^4G。

4組成

物質的磁性與組成它的原子、離子或分子的微觀結構有關,在反磁性物質中,由於電子自旋已配對,故無永久磁矩。但是內部電子的軌道運動,在外磁場作用下產生的拉摩進動,會感生出一個與外磁場方向相反的誘導磁矩,所以表示出反磁性。其χM就等於反磁化率χ反,且χM<0。在順磁性物質中,存在自旋未配對電子,所以具有永久磁矩。在外磁場中,永久磁矩順著外磁場方向排列,產生順磁性。順磁性物質的摩爾磁化率χM是摩爾順磁化率與摩爾反磁化率之和,即
χM=χ順 + χ反 (5)
通常χ順比χ反大約1~3個數量級,所以這類物質總表現出順磁性,其χM>0。順磁化率與分子永久磁矩的關係服從居里定律
(6)
式中,NA為Avogadro常數;K為Boltzmann常數(1.38×10erg·K);T為熱力學溫度;μm為分子永久磁矩(erg·G)。由此可得
(7)
由於χ反不隨溫度變化(或變化極小),所以只要測定不同溫度下的χM對1/T作圖,截矩即為χ反,由斜率可求μm。由於比χ順小得多,所以在不很精確的測量中可忽略χ反作近似處理
(8)
順磁性物質的μm與未成對電子數n的關係為
(9)
式中,是玻爾磁子,其物理意義是:單個自由電子自旋所產生的磁矩。
μB=9.273×10erg·G=9.273×10J·G=9.273×J·T
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