磁化率

----更新时间:2022-05-24

电磁学中,磁化率(英语:magnetic susceptibility)是表征物质在外磁场中被磁化程度的物理量。

定义

磁化率,通常标记为,以方程定义为

其中,是物质的磁化强度(单位体积的磁偶极矩),是磁场强度。

满足这定义的物质,通常称为线性介质。采用国际单位制,定义为

其中,是真空磁导率,是磁感应强度

所以,可以表达为

其中,是相对磁导率,是磁导率。

磁化率与相对磁导率的关系方程为

磁化率与磁导率的关系方程为

磁化率的正负号:抗磁性和其它种磁性

若为正值,则,物质的磁性是顺磁性铁磁性亚铁磁性或反铁磁性。对于这案例,物质的置入会使得增强;

若为负值,则,物质的磁性是抗磁性,物质的置入会使得减弱。

对于顺磁性或抗磁性物质,通常的绝对值都很小,大约在 10-6到 10-5之间,大多时候可以忽略为 0 。

在真空里,磁化率是 0 ,相对磁导率是 1 ,磁导率等于真空磁导率,值为。

测量磁化率的方法

简言之,施加具有梯度的磁场于物质样品,然后测量样品感受到的作用力差值,代入相关公式,即可得到磁化率。早期,科学家使用古依天平来测量磁化率。测试的样品悬挂在电磁铁的两极之间。由于电磁铁作用,样品的表观重量会与磁化率成正比。读得古依天平所显示的表观重量值后,代入相关公式中。即可得到磁化率。现今,高端测量系统使用超导磁铁来得到更准确的磁化率。还有一种新颖的产品,称为艾凡斯天平,广泛地使用于全世界的课堂及研发实验室。它测量的是,在置入样品之前与之后,强大磁铁所感受到的作用力差值。另外,对于样品溶液,应用核磁共振科技,可以测量出其磁化率。只要比较样品溶液与参考溶液的核磁共振频率的差异,代入公式,即可求得样品溶液的磁化率。

张量磁化率

大多数晶体的磁化率不是标量。当施加于晶体,所响应 (response) 的磁化强度与晶体的取向有关,因此可能不与磁场强度同方向。将磁化率以张量来定义:

其中,下标和指的是矢量沿着某个坐标轴的分量(例如,直角坐标系的x-轴、y-轴和 z-轴)。

是个二阶张量,量纲为,描述因为外磁场施加于 j 方向,而产生的磁化强度在 i 方向的分量。

微分磁化率

对于铁磁性晶体,和之间呈非线性关系。为了也能够表明这关系,采用更广义的定义,称为微分磁化率:

其中,是由的分量对于的分量的偏导数

国际单位制与 CGS 单位制之间的单位转换

前面所述定义和方程都采用国际单位制(SI) 。但在很多磁化率的表格中都采用 CGS单位制(常标记为emu或e.m.u., 电磁单位的英文简写)。它们都依靠着不同定义的真空磁导率

CGS 单位制的无量纲的磁化率,乘以,就可以得到国际单位制的无量纲的磁化率:

例如,在 20°C ,水的磁化率,在国际单位制是 −9.04×10−6,在 CGS 单位制是 −7.19×10−7。

质量磁化率和摩尔磁化率

质量磁化率定义为

其中,是密度,其单位,在国际单位制是 kg·m-3,在CGS 单位制是 g·cm-3。

质量磁化率的单位,在国际单位制是 m3·kg-1,在CGS 单位制是 cm3·g-1。

摩尔磁化率则定义为

其中,是摩尔质量,其单位,在国际单位制是 kg·mole-1,在CGS 单位制是 g·mole-1。

摩尔磁化率的单位,在国际单位制是 m3·mol-1,在CGS 单位制是 cm3·mole-1。

磁化率表格

物质的磁化率