磁化率

  仪器信息网 ·  2008-11-05 12:01  ·  34055 次点击
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磁化率
特性
磁化率
magneticsusceptibility
表征磁介质属性的物理量。常用符号cm表示,等于磁化强度M与磁场强度H之比,即
M=cmH对于顺磁质,cm>0,对于抗磁质,cm<0,其值都很小。对于铁磁质,cm很大,且还与H有关(即M与H之间有复杂的非线性关系)。对于各向同性磁介质,cm是标量;对于各向异性磁介质,磁化率是一个二阶张量。
在国际单位制(SI)中,磁化率cm是一个无量纲的纯数。
特性
物质在外磁场中,会被磁化并感生一附加磁场,其磁场强度H′与外磁场强度H之和称为该物质的磁感应强度B,即
B=H+H′(1)
H′与H方向相同的叫顺磁性物质,相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金,H′比H大得多(H′/H)高达104,而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失,这类物质称为铁磁性物质。
物质的磁化可用磁化强度I来描述,H′=4πI。对于非铁磁性物质,I与外磁场强度H成正比
I=KH(2)
式中,K为物质的单位体积磁化率(简称磁化率),是物质的一种宏观磁性质。在化学中常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM表示物质的磁性质,它的定义是
χm=K/ρ(3)
χM=MK/ρ(4)
式中,ρ和M分别是物质的密度和摩尔质量。由于K是无量纲的量,所以χm和χM的单位分别是cm3·g-1和cm3·mol-1。
磁感应强度SI单位是特[斯拉](T),而过去习惯使用的单位是高斯(G),1T=104G。
2.分子磁矩与磁化率
物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关,在反磁性物质中,由于电子自旋已配对,故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动,在外磁场作用下产生的拉摩进动,会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩,所以表示出反磁性。其χM就等于反磁化率χ反,且χM0。顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律
(6)
式中,NA为Avogadro常数;K为Boltzmann常数(1.38×10-16erg·K-1);T为热力学温度;μm为分子永久磁矩(erg·G-1)。由此可得
(7)
由于χ反不随温度变化(或变化极小),所以只要测定不同温度下的χM对1/T作图,截矩即为χ反,由斜率可求μm。由于比χ顺小得多,所以在不很精确的测量中可忽略χ反作近似处理
(8)
顺磁性物质的μm与未成对电子数n的关系为
(9)
式中,是玻尔磁子,其物理意义是:单个自由电子自旋所产生的磁矩。
μB=9.273×10-21erg·G-1=9.273×10-28J·G-1=9.273×-24J·T-1

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