магнитная восприимчивость

МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ

величина, характеризующая способность вещества намагничиваться в магн. поле. Вектор намагниченности М, т. е. магн. момент единицы объема вещества, связан с вектором Н напряженности однородного магн. поля соотношением:

M=М₀ + cH,

где M₀ — намагниченность в отсутствие поля, c — макроскопич. М. в. В магн. поле изменяется энергия Е частицы (атома, иона) по сравнению с энергией в отсутствие поля; М. в. частицы наз. коэффициент при втором члене разложения в ряд Е по Н (см. магнитный момент). У диамагнетиков и парамагнетиков самопроизвольная намагниченность в отсутствие поля М₀ = 0 и c = М/Н определяет наведенную намагниченность. В СИ c — безразмерная величина. М.в., рассчитанная на 1 кг (или 1 г) вещества, наз. удельной (c_уд = c/ρ. где ρ — плотность). М. в. 1 моля вещества наз. молярной, или атомной (c_m = c_уд.М, где М — мол. масса). Диа- и парамагнетики — слабомагнитные вещества (c ~ 10⁻⁴–10⁻⁶), причем для диамагнетиков c < 0 (векторы М и Н противоположно направлены), у парамагнетиков c > 0 (направления векторов М и Н совпадают). Для слабомагнитных веществ х практически не зависит от Н (за исключением случаев очень сильных полей или низких температур). М.в. парамагнетиков, как правило, существенно зависит от температуры. Согласно закону Кюри (установлен П. Кюри в 1895), температурная зависимость удельной М.в. парамагнетиков имеет вид:

c_уд = С/Т,

где С — т. наз. постоянная Кюри. Закону Кюри подчиняются газы (O₂, NO), пары щелочных металлов, разбавленные жидкие растворы солей РЗЭ, некоторые соли в кристаллич. состоянии. Классич. теория объясняет температурную зависимость c_уд на основе статистич. рассмотрения системы частиц (атомов, молекул или ионов), обладающих магн. дипольным моментом m и слабо взаимодействующих между собой; тепловое движение частиц препятствует ориентации магн. моментов по полю. М. в. может быть рассчитана по уравнению:

c_уд = N_Am²_эф/3kT,

гдe m_эф — среднее (эффективное) значение m, N_A — постоянная Авогадро, k — постоянная Больцмана. Квантовомех. рассмотрение (Дж. Ван Флек, 1932) дает такое же соотношение для газообразного вещества при (g — фактор Ланде, m_Б — магнетон Бора, J — квантовое число полного момента количества движения частицы). Для большинства ионных кристаллов температурная зависимость c описывается законом Кюри — Вейса (установлен П. Вейсом в 1907):

c = С'/(T — D),

где С' — постоянная, часто совпадающая с постоянной Кюри, Δ — постоянная Вейса, учитывающая взаимод. магн. моментов ионов между собой и с внутрикристаллич. полем. Парамагнетизм системы, состоящей из многоэлектронных частиц с замкнутыми оболочками (и нулевым собственным магн. моментом), при наложении внеш. магн. поля м. б. обусловлен наличием возбужденных состояний, в которых частицы обладают отличным от нуля магн. моментом. Такой парамагнетизм не зависит от температуры. Ферро- и антиферромагнетики обладают самопроизвольной намагниченностью в отсутствие поля, т. е. M₀ № 0, М.в. c > 0 и достигает значений 10⁴–10⁵ (сильномагнитные вещества). М. в. зависит от напряженности поля Н и характеризуется значением дМ/дН в каждой точке кривой намагничивания. Эта кривая определяет осн. параметры техн. магнитных материалов. В общем случае М. в. вещества состоит из вкладов, обусловленных температурно зависимым парамагнетизмом c_пара (ионы d- и f-элементов с нескомпенсир. спинами электронов, стабильные своб. радикалы и т. п.), температурно независимым парамагнетизмом c_тнп и диамагнетизмом c_диа.

c = c_пара + c_тнп + c_диа.

Соотношение этих вкладов определяет, является ли вещество диа- или парамагнетиком. Так, М. в. диамагнитных металлич. кристаллов меньше, чем суммарная М. в. ионов решетки, что обусловлено электронами проводимости. Последние, обладая собственным магн. моментом, своим парамагнетизмом уменьшают суммарный диамагнетизм решетки. У щелочных металлов слабый диамагнетизм частиц с замкнутой электронной оболочкой меньше, чем парамагнетизм электронов проводимости, в то время как у меди и ее аналогов парамагнетизм электронов проводимости оказывается меньше, чем диамагнетизм 18-электронной оболочки (п — 1)s²p⁶d¹⁰. Экспериментально обычно определяют c_уд при определенной температуре, используя магнетометры (магн. весы). Принцип их работы основан на измерении мех. силы, действующей на точечный образец в неоднородном магн. поле либо на цилиндрич. образец, помещенный между полюсами магнита таким образом, что один его конец находится в поле с макс. напряженностью, а другой — в области с H ~ 0. Калибровку магнетометров производят при помощи веществ с известной М.в. Эталоном для диамагнетиков обычно служит H₂O, для твердых парамагнетиков — Hg[Co(SCN)₄].

^{Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1984.}