
arrange; in sequence; in the same direction as; obey; put in order; suitable
magnetism
顺磁性(Paramagnetism)是物质在外加磁场作用下表现出微弱吸引力的物理特性,其英文术语源于希腊语"para"(意为“旁边”)与"magnetism"的组合。该现象由未成对电子产生的原子磁矩引起,这些磁矩在外部磁场作用下呈现定向排列趋势。
物理机制与数学表达
顺磁性材料内部原子或分子具有永久磁矩,源于电子轨道角动量或自旋角动量。根据居里定律(Curie's Law),磁化率χ与温度T成反比: $$ χ = frac{C}{T} $$ 其中C为居里常数,该公式适用于高温弱磁场条件。
典型材料与应用
这些材料在磁共振成像(MRI)造影剂、氧气传感器等领域有重要应用。
检测方法
通过磁天平测量质量变化或振动样品磁强计(VSM)定量分析,顺磁性物质在0.1-10 T磁场中呈现正磁化率(10⁻⁵至10⁻³量级)。
参考资料
顺磁性是材料在外部磁场作用下表现出的弱磁性特性,其核心特征和原理可归纳如下:
顺磁性物质在外加磁场中会被微弱吸引,并沿磁场方向形成感应磁矩,磁化率k($kappa = frac{M}{H}$)为正值,数值范围在$10^{-6}$至$10^{-3}$量级。当撤去磁场后,磁化效应随即消失,不会保留剩磁。
未成对电子作用
材料原子或分子中存在的未成对电子(如O₂分子、过渡金属离子)产生固有磁矩。这些磁矩在无外磁场时呈无序排列,宏观上无磁性;在外磁场作用下部分磁矩沿磁场方向定向排列。
热运动影响
磁矩的定向排列会受到热运动的干扰,导致顺磁响应较弱。即使在绝对零度下,某些材料仍保持自旋无序状态。
顺磁性遵循居里定律:
$$
kappa = frac{C}{T}
$$
其中C为居里常数,T为热力学温度。
特性 | 顺磁性 | 抗磁性 |
---|---|---|
磁化率符号 | 正($10^{-6}$量级) | 负($10^{-6}$量级) |
磁场作用方向 | 与磁场同向 | 与磁场反向 |
典型物质 | 氧气、铝、铂 | 铜、水、铋 |
常见顺磁性物质包括:氧气(O₂)、铝(Al)、铂(Pt)以及含未成对电子的自由基化合物。应用领域涵盖磁共振成像(MRI,利用核顺磁性)、材料科学(磁性材料分析)等。
需要特别说明的是,原子核(如¹H、¹³C)虽具有磁矩,但其贡献比电子小$10$倍以上,因此通常可忽略。
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