Paramagnetyki

Zapamiętaj

Paramagnetyki magnesują się zgodnie z kierunkiem zewnętrznego pola magnetycznego.

Podatność magnetyczna paramagnetyków jest dodatnia:

\(\chi_m>0\)

W niejednorodnym polu magnetycznym paramagnetyki są przyciągane w kierunku obszarów silniejszego pola.

Po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego paramagnetyki tracą wywołaną przez nie magnetyzację.

Dla wielu prostych paramagnetyków podatność magnetyczna maleje wraz ze wzrostem temperatury zgodnie z prawem Curie:

\(\chi_m=\frac{C}{T}\)

Paramagnetyki są substancjami wykazującymi paramagnetyzm. Po umieszczeniu w zewnętrznym polu magnetycznym ulegają słabemu namagnesowaniu zgodnie z kierunkiem pola magnetyzującego.

W wielu paramagnetykach atomy, jony lub cząsteczki mają trwałe momenty magnetyczne. Bez zewnętrznego pola magnetycznego ich orientacje są w dużej mierze chaotyczne, dlatego wypadkowa magnetyzacja materiału jest równa zeru. Zewnętrzne pole magnetyczne powoduje częściowe uporządkowanie tych momentów, dzięki czemu pojawia się makroskopowa magnetyzacja.

Oddziaływanie paramagnetyczne jest zazwyczaj słabe. W odróżnieniu od diamagnetyków, w paramagnetykach magnetyzacja jest skierowana zgodnie z zewnętrznym polem magnetycznym.

Dla ośrodka liniowego zachodzi zależność:

\(\vec{M}=\chi_m\vec{H}\)

gdzie:

\(\vec{M}\) – magnetyzacja,
\(\vec{H}\) – natężenie pola magnetycznego,
\(\chi_m\) – podatność magnetyczna ośrodka.

Zależność ta jest dobrym przybliżeniem dla odpowiednio słabych pól magnetycznych i w zakresie temperatur, w którym odpowiedź materiału pozostaje liniowa.

Wzrost natężenia pola magnetycznego sprzyja uporządkowaniu momentów magnetycznych, natomiast ruchy cieplne przeciwdziałają temu uporządkowaniu. Dlatego w wielu paramagnetykach obniżenie temperatury zwiększa podatność magnetyczną. Przy bardzo niskich temperaturach lub silnych polach prosta zależność liniowa może jednak przestać być spełniona.

W niejednorodnym polu magnetycznym paramagnetyki są przyciągane w kierunku obszarów, w których pole magnetyczne jest silniejsze.

Dla paramagnetyków podatność magnetyczna jest dodatnia, \(\chi_m>0\), i zazwyczaj ma niewielką wartość w porównaniu z odpowiedzią ferromagnetyków.

Paramagnetyzm wielu substancji jest związany z obecnością niesparowanych elektronów, dzięki którym atomy, jony lub cząsteczki mają niezerowe momenty magnetyczne.

Tablice

W poniższej tabeli przedstawiono masową podatność magnetyczną wybranych substancji paramagnetycznych. Masowa podatność magnetyczna jest odniesiona do jednostki masy materiału i wyraża się ją w \(\text{m}^3/\text{kg}\).

Substancja	Masowa podatność magnetyczna (\(10^{-8}\ \text{m}^3/\text{kg}\))
glin	0,768
magnez	0,652
NO (tlenek azotu)	61,2
platyna	1,22
terb	1350
O₂ (tlen cząsteczkowy)	135,4
wolfram	0,39

Ciekawostki

W słabym zewnętrznym polu magnetycznym namagnesowanie paramagnetyka jest niewielkie i rośnie wraz z natężeniem pola. W bardzo silnym polu i przy odpowiednio niskiej temperaturze coraz większa część momentów magnetycznych ustawia się zgodnie z polem, a magnetyzacja może zbliżać się do wartości nasycenia.

Elektrony przewodnictwa w metalach również mogą powodować słabą odpowiedź paramagnetyczną. Zjawisko to nazywa się paramagnetyzmem Pauliego.

Glin (aluminium) - przykład paramagnetyka © Björn Wylezich - stock.adobe.com

Prawo Curie

Dla wielu prostych paramagnetyków, w odpowiednim zakresie temperatur i pól magnetycznych, podatność magnetyczna jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej:

\(\chi_m=\frac{C}{T}\)

gdzie: