磁化率

磁化率，表征磁介質屬性的物理量。常用符號cm表示，等於磁化強度M與磁場強度H之比引，即 M=cmH對於順磁質，cm>0，對於抗磁質，cm<0，其值都很小。對於鐵磁質，cm很大，且還與H有關（即M與H之間有複雜的非線性關係）。對於各向同性磁介質，cm是標量；對於各向異性磁介質，磁化率是一個二階張量。

基本介紹

• 中文名：磁化率
• 外文名：magnetic susceptibility
• 概念：是一個無量綱的純數
• 特性：物質在外磁場中，會被磁化並感生

簡介

任何材料在磁場的作用下將被磁化，並顯示一定特徵的磁性。這種磁性不僅僅由磁化強度或磁感應強度的大小來表征，而且應由磁化強度隨外磁場的變化特徵來反映。為此，定義材料在磁場作用下，磁化強度M與磁場強度H的比值為磁化率： χ=M/H

通常，磁化強度指的是材料單位體積中原子或離子磁矩的矢量和，所以上式定義的磁化率也稱為體積磁化率。如果已知材料的密度為ρ，則材料單位質量的磁化率為χ_m=χ/ρ

此外，還可以定義摩爾磁化率為1摩爾物質的磁化率χ_M=χ_mM

式中，M是分子量。

根據磁化率的大小和正負及其隨溫度變化的行為常可判斷材料磁性的種類。

概念

在國際單位制（SI）中，磁化率cm是一個無量綱的純數。

某一物質的磁化率可以用體積磁化率κ 或者質量磁化率χ來表示。體積磁化率無量綱參數。在CGS單位系統下的磁化率值是SI下的1/4π倍，即1 CGSM = 4π SI , 數值上 χ（CGS）= χ（SI）/ 4π。體積磁化率除以密度即為質量磁化率，亦即χ=κ/ρ，其單位為m^3/kg．

特性

物質在外磁場中，會被磁化並感生一附加磁場，此物質因磁化而激發出來的磁場強度H′與外加的激發磁場強度H之和稱為該物質在外磁場作用下的磁場強度B，即

B = H + H′ (1)

H′與H方向相同的叫順磁性物質，相反的叫反磁性物質。還有一類物質如鐵、鈷、鎳及其合金，H′比H大得多（H′/H）高達10，而且附加磁場在外磁場消失後並不立即消失，這類物質稱為鐵磁性物質。

物質的磁化可用磁化強度I來描述，H′=4πI。對於非鐵磁性物質，I與外磁場強度H成正比

I = KH (2)

式中，K為物質的單位體積磁化率(簡稱磁化率)，是物質的一種巨觀磁性質。在化學中常用單位質量磁化率χm或摩爾磁化率χM表示物質的磁性質，它的定義是

χm = K/ρ (3)

χM = MK/ρ (4)

式中，ρ和M分別是物質的密度和摩爾質量。由於K是無量綱的量，所以χm和χM的單位分別是m^3·kg和m^3·mol-1。

磁感應強度SI單位是特[斯拉](T)，而過去習慣使用的單位是高斯(G)，1T=10^4G。

相關參數概念

磁化:

處於磁中性態的磁性材料在磁場作用下逐步從巨觀上無磁性到顯示磁性的過程稱為磁化。

磁化過程：

在磁場作用下，磁性材料的磁化強度從磁中性狀態為零到非常強的磁場強度下接近飽和磁化強度的過程稱為磁化過程。

磁化曲線：

處於磁中性狀態下的磁性材料在磁場作用下，磁化強度M將隨磁場強度H的增大而增大，最後在一定的飽和磁場強度Hs時達到飽和磁化強度值Ms，這時，材料內部的原子磁矩基本上都已經沿磁場取向，再增大磁場強度，磁化強度值不會明顯增大。在M-H圖上繪出磁化強度隨磁場強度變化的相應曲線稱為磁化曲線，也稱初始磁化曲線。相應地，磁性材料的磁感應強度B隨磁場強度H變化的曲線稱為B-H磁化曲線。

磁滯回線：

磁性材料在足夠強的磁場（稱為飽和磁化場Hs）作用下被飽和磁化以後，使這一正向磁場強度降為零，材料的磁化強度便會從Ms降到Mr，顯然，磁化強度的變化落後於磁場強度的變化，這種現象稱為磁滯。Mr稱為剩餘磁化強度，簡稱剩磁。若要使Mr變為零，必須對材料施加一反向磁場Hci或MHc，該磁學量稱為內稟矯頑力。若將反向磁場逐步增大到-Hs，則材料又將達到飽和磁化。將反向磁場降為零，並繼續使磁場強度沿正向增加到Hs，磁化強度將經過-Mr、Hci到達Ms，於是，在M-H圖上將形成一條封閉曲線，因為磁化強度的變化始終落後於磁場強度的變化，所以這樣的封閉曲線稱為M-H磁滯回線。 相應地，如果磁場強度經歷一周期變化，即Hs→0→HC→Hs→HC→Hs，磁感應強度B的變化在B-H圖上也會構成一條封閉回線，稱為B-H磁滯回線。在這種磁滯回線上，材料經飽和磁化後因撤去磁場所保留的磁感應強度稱為剩餘磁感應強度，也簡稱剩磁Br。使Br降為零所需要施加的反向磁場稱為矯頑力，用BHC表

示。另外，當磁場強度為Hs時，磁化強度為飽和值Ms，所對應的磁感應強度稱為飽和磁感應強度，用Bs表示，這時，Bs=μ0(Hs+Ms)。μ0為真空磁導率。

退磁曲線：

飽和磁滯回線的第二象限部分稱為退磁曲線，是反映硬磁材料磁性能好壞的特徵曲線。

磁導率:

材料在磁場H的作用下被磁化，具有一定的磁感應強度B。兩者的比值稱為絕對磁導率μ'，即μ'=B/H

絕對磁導率與真空磁導率μ0之比稱為相對磁導率μ：μ=μ'/μ0

數值上，μ0=4π×10-7H/m。相對磁導率通常也簡稱為磁導率。在國際單位制中，相對磁導率和磁化率的關係為μ=1+χ

組成

物質的磁性與組成它的原子、離子或分子的微觀結構有關，在反磁性物質中，由於電子自旋已配對，故無永久磁矩。但是內部電子的軌道運動，在外磁場作用下產生的拉摩進動，會感生出一個與外磁場方向相反的誘導磁矩，所以表示出反磁性。其χM就等於反磁化率χ反，且χM<0。在順磁性物質中，存在自旋未配對電子，所以具有永久磁矩。在外磁場中，永久磁矩順著外磁場方向排列，產生順磁性。順磁性物質的摩爾磁化率χM是摩爾順磁化率與摩爾反磁化率之和，即

χM =χ順 + χ反 (5)

通常χ順比χ反大約1～3個數量級，所以這類物質總表現出順磁性，其χM>0。順磁化率與分子永久磁矩的關係服從居里定律

(6)

式中，NA為Avogadro常數;K為Boltzmann常數(1.38×10erg·K);T為熱力學溫度;μm為分子永久磁矩(erg·G)。由此可得

(7)

由於χ反不隨溫度變化(或變化極小)，所以只要測定不同溫度下的χM對1/T作圖，截矩即為χ反，由斜率可求μm。由於比χ順小得多，所以在不很精確的測量中可忽略χ反作近似處理

(8)

順磁性物質的μm與未成對電子數n的關係為

(9)

式中，是玻爾磁子，其物理意義是:單個自由電子自旋所產生的磁矩。

μB=9.273×10erg·G=9.273×10J·G=9.273×J·T