Магнитная восприимчивость

Магни́тная восприи́мчивость — физическая величина, выражающая отношение между магнитным моментом единицы объёма (намагниченностью) вещества и напряжённостью магнитного поля в этом веществе^[1].

Определение

Магнитная восприимчивость (и в системе СИ, и в СГС) определяется отношением намагниченности среды $M$ к напряжённости намагничивающего магнитного поля $H$ :

{\vec {M}}=\chi {\vec {H}}

,

По своему смыслу восприимчивость является величиной безразмерной. Восприимчивость может быть пересчитана в магнитную проницаемость как

\mu =1+\chi \,

(СИ)

\qquad \mu =1+4\pi \chi \,

(СГС).

Иногда бывает полезно также ввести понятие удельной магнитной восприимчивости, равной восприимчивости единицы массы вещества. В СИ удельная восприимчивость измеряется в обратных килограммах (кг⁻¹). Аналогично, молярная магнитная восприимчивость определяется как восприимчивость одного моля вещества и измеряется в обратных молях (моль⁻¹).

Типичные значения

Диа- и пара- магнетики

Реальные объекты могут обладать как положительными, так и отрицательными магнитными восприимчивостями. Примером веществ с отрицательной восприимчивостью служат диамагнетики — их намагниченность по направлению противоположна приложенному магнитному полю. Положительной восприимчивостью обладают парамагнетики и ферромагнетики.

Магнитная восприимчивость диамагнетиков и парамагнетиков мала (для диамагнетиков она отрицательна) и численно составляет величину порядка 10⁻⁴ — 10⁻⁶, при этом она практически не зависит от напряжённости приложенного магнитного поля. Заметные отклонения наблюдаются только в области сильных полей или низких температур.

Ферромагнетики

В ферромагнетиках магнитная восприимчивость может достигать весьма больших значений, составляя величины от нескольких десятков до многих тысяч единиц, причём наблюдается её сильная зависимость от напряжённости приложенного поля. Поэтому для удобства используют также дифференциальную магнитную восприимчивость, равную производной намагниченности единицы объёма вещества по напряжённости поля. В отсутствие поля магнитная восприимчивость ферромагнетиков отлична от нуля и имеет некоторое положительное значение $\chi _{a}$ , называемое начальной магнитной восприимчивостью. С увеличением напряжённости поля величина восприимчивости растёт, пока не достигает некоего максимума $\chi _{\mathrm {max} }$ , после чего вновь уменьшается. В области очень сильных полей магнитная восприимчивость ферромагнетиков (при температурах, не очень близких к точке Кюри) падает практически до нуля, сравниваясь с величиной восприимчивости обычных парамагнетиков (эта область параметров называется областью парапроцесса).

Вид зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от напряжённости намагничивающего поля носит название кривой Столетова и обусловлен сложными механизмами намагничивания ферромагнетиков.

Значения $\chi _{a}$ и $\chi _{\mathrm {max} }$ некоторых ферромагнетиков в нормальных условиях:

Fe ~1100 и ~22000
Ni ~12 и ~80
сплав пермаллой ~800 и ~8000.

Зависимость от температуры

Магнитная восприимчивость большинства веществ (за исключением большей части диамагнетиков и некоторых парамагнетиков — щелочных и, в меньшей степени, щёлочноземельных металлов) зависит от температуры вещества. У парамагнетиков магнитная восприимчивость уменьшается с температурой, подчиняясь закону Кюри — Вейса. У ферромагнетиков магнитная восприимчивость с ростом температуры увеличивается, достигая резкого максимума вблизи точки Кюри (см. эффект Гопкинса).

Магнитная восприимчивость антиферромагнетиков увеличивается с ростом температуры до точки Нееля, а затем падает по закону Кюри — Вейса^[2].