
paramagnetic
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磁化强度的物理特性。这类材料在磁场中被吸引,但撤去磁场后磁化效应随即消失。从原子层面分析,顺磁性物质包含未成对电子,这些电子自旋产生的磁矩在磁场作用下部分取向排列,形成与外加磁场方向一致的净磁化强度(数学表达式为:$$ M = chi H $$,其中χ为磁化率且为正值)。
在材料科学领域,铝(Al)、氧气(O₂)、铂(Pt)等元素属于典型顺磁性物质。医学成像技术中,钆(Gd)基造影剂正是利用其顺磁性增强核磁共振成像对比度。温度对顺磁性有显著影响,符合居里定律($$ chi = frac{C}{T} $$),其中C为居里常数,T为热力学温度。
量子力学理论指出,顺磁性起源于朗道能级和泡利不相容原理共同作用下的电子自旋排列现象,该现象在《固体物理学》(基泰尔著)等权威教材中有系统阐述。美国国家标准与技术研究院(NIST)的实验数据库收录了多种顺磁性材料的精确磁化率测量数据,为工程应用提供基准参考。
顺磁性是材料对外加磁场表现出微弱吸引作用的一种磁性形式,其核心特征和机制如下:
顺磁性物质在外磁场作用下会被微弱吸引,内部磁矩方向与外加磁场一致,磁化率$kappa$为正值,数值范围通常在$10^{-6}$至$10^{-3}$之间。当外磁场撤去后,材料不会保留磁性。典型例子包括氧气(O₂)、铝(Al)、铂(Pt)及某些过渡金属离子(如Fe³⁺)。
顺磁性可通过朗之万顺磁性理论描述:假设原子固有磁矩为$mu_J$,在外磁场$H$中磁矩的势能为$E_I = -mu_J cdot H$。磁化率$kappa$遵循居里定律: $$ kappa = frac{C}{T} $$ 其中$C$为居里常数,$T$为温度。
特性 | 顺磁性 | 抗磁性 |
---|---|---|
磁化率 | $kappa > 0$ | $kappa < 0$ |
磁场响应 | 被微弱吸引 | 被微弱排斥 |
电子状态 | 含未成对电子 | 无非成对电子 |
常见物质 | O₂、Al、自由基 | 水、铜、惰性气体 |
(依据)
如需更完整的理论推导或实例,可参考统计力学文献(如)或百科资料(如)。
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