Mágneses szuszceptibilitás

Ez a közzétett változat, ellenőrizve: 2024. január 26.

Egy anyag mágneses szuszceptibilitása megmutatja, hogy az anyagra ható mágneses tér milyen mértékben mágnesezi át.

A mágneses szuszceptibilitás meghatározása

szerkesztés

A mágneses szuszceptibilitás   (vagy:  , néha   az elektromos szuszceptibilitástól történő megkülönböztetés miatt) az alábbi összefüggés határozza meg:

 

ahol a mértékegységek SI –ben kifejezve:

A mágneses indukció B és a H viszonya:

 

ahol μ0 a mágneses konstans és   az anyag relatív permeabilitása.

Így az összefüggés   és a   között a következő:

 

Esetenként[1] egy kiegészítő mennyiséget (mágnesezés intenzitása, mágneses polarizációnak is hívják: J) is mérnek tesla-ban:

 

Ez lehetővé teszi a mágnesezési jelenség egy alternatív leírását az I és B mennyiségekkel kifejezve, szemben az általánosan használt M és H értékekkel.

Összefüggés az SI és CGS egységek között

szerkesztés

A definíciókat általában SI egységekben adják meg. Több táblázatban a mágneses szuszceptibilitás CGS egységekben szerepel. CGS egységekben:

[2]

 

A dimenzió nélküli CGS értéket 4π–vel szorozva kapjuk a dimenzió nélküli SI értéket:[2]

 

Például, a víz mágneses szuszceptibilitása 20 °C-on : −7.19×10−7 , amely −9.04×10−6 SI-ben kifejezve.

Tömeg szuszceptibilitás és a moláris szuszceptibilitás

szerkesztés

Két másik mértéke is van a szuszceptibilitásnak, a tömeg mágneses szuszceptibilitásmass vagy χg, néha χm), amelyet m3•kg−1 SI vagy cm3•g−1 CGS-ben mérnek és a moláris mágneses szuszceptibilitásmol), amelyek mértékegysége3•mol−1 (SI) vagy cm3•mol−1 (CGS). Definíciói: ahol ρ a sűrűség kg•m−3 (SI) vagy g•cm−3 (CGS) és M, a moláris tömeg kg•mol−1 (SI) vagy g•mol−1 (CGS).

 
 

A szuszceptibilitás előjele és más típusú mágnesességek

szerkesztés

Ha χv pozitív, akkor (1+χv) > 1 (vagy CGS-ben, (1+4πχv) > 1) és az anyag lehet paramágneses, ferromágneses vagy antiferromágneses. Ebben az esetben az anyag jelenléte erősíti a mágneses teret. Ezzel szemben, ha χv negatív, akkor (1+χv) < 1 (vagy CGS-ben: (1+4πχv) < 1), és az anyag diamágneses. Ennek eredményeként az anyag jelenléte gyengíti a mágneses teret.

A szuszceptibilitás meghatározásának kísérleti módszerei

szerkesztés

A mágneses szuszceptibilitást mérése a mágneses tér gradiense hatására ébredő erő mérésére vezethető vissza.[3] Korai méréseket a ’Gouy balance’ módszerével végezték, amikor a mintát egy elektromágnes pólusai között függesztették fel. A súlyban történő változás arányos a mágneses szuszceptibilitással. Napjainkban szupravezető mágneseket használnak a méréskor. Egy másik módszer az erő változásának mérése, amikor egy mágnest helyeznek a minta helyére. Ezt széles körben alkalmazzák (Ennek neve: Evans balance).[4] Folyékony minták esetén a szuszceptibilitás az NMR frekvencia függéssel mérhető a formája vagy orientációjától függően.[5][6][7][8][9]

Tenzor szuszceptibilitás

szerkesztés

A legtöbb kristálynak a mágneses szuszceptibilitása nem skalármennyiség. A mágneses válasz, M függ a minta orientációjától és az alkalmazott H tér irányától eltérő lehet. Ilyen esetekben a szuszceptibilitást tenzorként definiáljuk:

 

ahol i és j az alkalmazott térre és mágnesezésre vonatkozik (pl. x, y és z karteziánus koordináta-rendszerben). Így a tenzor leírja az alkalmazott j-edik irányú tér i-edik irányú mágneses komponensét.

Differenciális szuszceptibilitás

szerkesztés

Ferromágneses kristályokban M és H közötti összefüggés nemlineáris. Ezt kezelendő egy általánosabb definíciót, a differenciális szuszceptibilitás definícióját használják:

 

ahol   egy tenzor az M komponens parciális deriváltjából származtatva, figyelembe véve a H komponenst. Amikor az anyag koercivítása, amely párhuzamos az alkalmazott térrel, kisebb mint 2, akkor a differenciális szuszceptibilitás függvénye a térnek és a saját kölcsönhatásnak, mint a mágneses anizotrópia. Ha az anyag nem telített, a hatás nemlineáris lesz és függ az anyag domén fal konfigurációjától.

Szuszceptibilitás a frekvencia tartományban

szerkesztés

Amikor váltóáramú mágneses térben mérnek mágneses szuszceptibilitást, akkor ezt AC szuszceptibilitásnak hívják. Az AC szuszceptibilitás (és az ehhez szorosan kapcsolódó „AC permeabilitás”) komplex mennyiségek, és ekkor különféle jelenségek tapasztalhatók (pl. rezonancia), amelyek nem tapasztalhatók állandó-terű szuszceptibilitásnál. Ez különösen így van, amikor a váltóáramú tér merőlegesen hat a mérés irányára, a hatás a ferromágneses rezonancián éri el a csúcsát (ezt transzverzális szuszceptibilitásnak is hívják). Az irodalomban jelenleg ezt a hatást mikrohullámú permeabilitásnak vagy hálózati ferromágneses rezonanciának is hívják. Ezek az eredmények érzékenyek a domén fal konfigurációra és az örvényáramokra.

Ferromágneses rezonancia esetén az AC tér hatását a mágneses térre „paralel pumpálás”-nak is hívják.

  1. Magnetic properties of materials. [2012. június 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. január 22.)
  2. a b Bennett, L. H.; Page, C. H.; and Swartzendruber, L. J. (1978). „Comments on units in magnetism”. Journal of Research of the National Bureau of Standards 83 (1), 9–12. o, Kiadó: NIST, USA.  
  3. L. N. Mulay.szerk.: A. Weissberger and B. W. Rossiter: Techniques of Chemistry. Wiley-Interscience: New York, 431. o. (1972) 
  4. Magnetic Susceptibility Balances. [2011. július 16-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. január 22.)
  5. J. R. Zimmerman, and M. R. Foster (1957). „Standardization of NMR high resolution spectra”. J. Phys. Chem. 61, 282–289. o. DOI:10.1021/j150549a006.  
  6. Robert Engel, Donald Halpern, and Susan Bienenfeld (1973). „Determination of magnetic moments in solution by nuclear magnetic resonance spectrometry”. Anal. Chem. 45, 367–369. o. DOI:10.1021/ac60324a054.  
  7. P. W. Kuchel, B. E. Chapman, W. A. Bubb, P. E. Hansen, C. J. Durrant, and M. P. Hertzberg (2003). „Magnetic susceptibility: solutions, emulsions, and cells”. Concepts Magn. Reson. A 18, 56–71. o. DOI:10.1002/cmr.a.10066.  
  8. K. Frei and H. J. Bernstein (1962). „Method for determining magnetic susceptibilities by NMR”. J. Chem. Phys. 37, 1891–1892. o. DOI:10.1063/1.1733393.  
  9. R. E. Hoffman (2003). „Variations on the chemical shift of TMS”. J. Magn. Reson. 163 (2), 325–331. o. DOI:10.1016/S1090-7807(03)00142-3. PMID 12914848.  

Fordítás

szerkesztés
  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Magnetic susceptibility című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Külső hivatkozások

szerkesztés