
paramagnetic
arrange; in sequence; in the same direction as; obey; put in order; suitable
magnetism
順磁性(Paramagnetism)是物質在外加磁場作用下表現出微弱磁化強度的物理特性。這類材料在磁場中被吸引,但撤去磁場後磁化效應隨即消失。從原子層面分析,順磁性物質包含未成對電子,這些電子自旋産生的磁矩在磁場作用下部分取向排列,形成與外加磁場方向一緻的淨磁化強度(數學表達式為:$$ M = chi H $$,其中χ為磁化率且為正值)。
在材料科學領域,鋁(Al)、氧氣(O₂)、鉑(Pt)等元素屬于典型順磁性物質。醫學成像技術中,钆(Gd)基造影劑正是利用其順磁性增強核磁共振成像對比度。溫度對順磁性有顯著影響,符合居裡定律($$ chi = frac{C}{T} $$),其中C為居裡常數,T為熱力學溫度。
量子力學理論指出,順磁性起源于朗道能級和泡利不相容原理共同作用下的電子自旋排列現象,該現象在《固體物理學》(基泰爾著)等權威教材中有系統闡述。美國國家标準與技術研究院(NIST)的實驗數據庫收錄了多種順磁性材料的精确磁化率測量數據,為工程應用提供基準參考。
順磁性是材料對外加磁場表現出微弱吸引作用的一種磁性形式,其核心特征和機制如下:
順磁性物質在外磁場作用下會被微弱吸引,内部磁矩方向與外加磁場一緻,磁化率$kappa$為正值,數值範圍通常在$10^{-6}$至$10^{-3}$之間。當外磁場撤去後,材料不會保留磁性。典型例子包括氧氣(O₂)、鋁(Al)、鉑(Pt)及某些過渡金屬離子(如Fe³⁺)。
順磁性可通過朗之萬順磁性理論描述:假設原子固有磁矩為$mu_J$,在外磁場$H$中磁矩的勢能為$E_I = -mu_J cdot H$。磁化率$kappa$遵循居裡定律: $$ kappa = frac{C}{T} $$ 其中$C$為居裡常數,$T$為溫度。
特性 | 順磁性 | 抗磁性 |
---|---|---|
磁化率 | $kappa > 0$ | $kappa < 0$ |
磁場響應 | 被微弱吸引 | 被微弱排斥 |
電子狀态 | 含未成對電子 | 無非成對電子 |
常見物質 | O₂、Al、自由基 | 水、銅、惰性氣體 |
(依據)
如需更完整的理論推導或實例,可參考統計力學文獻(如)或百科資料(如)。
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