磁化率

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magnetic susceptibility

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。

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χ_m或摩尔磁化率χ_M表示物质的磁性质，它的定义是

χ_m  = K/ρ                       (3)

χ_M  = 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χ_m和χ_M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χ_M就等于反磁化率χ_反，且χ_M<0。在顺磁性物质中，存在自旋未配对电子，所以具有永久磁矩。在外磁场中，永久磁矩顺着外磁场方向排列，产生顺磁性。顺磁性物质的摩尔磁化率χ_M是摩尔顺磁化率与摩尔反磁化率之和，即

χ_M =χ_顺 + χ_反                       (5)

通常χ_顺比χ_反大约１～３个数量级，所以这类物质总表现出顺磁性，其χ_M>0。顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律

                             (6)

式中，N_A为Avogadro常数;K为Boltzmann常数(1.38×10^-16erg·K^-1);T为热力学温度;μ_m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χ_M对1/T作图，截矩即为χ_反，由斜率可求μ_m。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μ_m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。

                             μ_B=9.273×10^-21erg·G^-1=9.273×10^-28J·G^-1=9.273×^-24J·T^-1

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