Mágneses szuszceptibilitás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

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

A mágneses szuszceptibilitás meghatározása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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


\mathbf{M} = \chi_v \mathbf{H}

ahol a mértékegységek SI –ben kifejezve:

A mágneses indukció B és a H viszonya:



\mathbf{B} \ = \ \mu_0(\mathbf{H} + \mathbf{M}) \ = \ \mu_0(1+\chi_v) \mathbf{H} \ = \ \mu \mathbf{H}

ahol μ0 a mágneses konstans és  (1+\chi_v) az anyag relatív permeabilitása.

Így az összefüggés \chi_v és a \mu között a következő:

\mu = \mu_0(1+\chi_v)\,

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

\mathbf{I} = \mu_0 \mathbf{M} \,

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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

[2]

\mathbf{B}^{\text{cgs}} \ = \ \mathbf{H}^{\text{cgs}} + 4\pi\mathbf{M}^{\text{cgs}} \ = \ (1+4\pi\chi_{v}^{\text{cgs}}) \mathbf{H}^{\text{cgs}}

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

\chi_v^{\text{SI}}=4\pi\chi_v^{\text{cgs}}

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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).

\chi_\text{mass} = \chi_v/\rho
\chi_\text{mol} = M\chi_\text{mass} = M\chi_v/\rho

A szuszceptibilitás előjele és más típusú mágnesességek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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

 M_i=\Sigma \chi_{ij}H_j

ahol i és j az alkalmazott térre és mágnesezésre vonatkozik (pld. x, y and z karteziánus koordináta-rendszerben). Így a tenzor leírja az alkalmazott j-ik irányú tér i-ik irányú mágneses komponenesét.

Differenciális szuszceptibilitás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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

\chi^{d}_{ij} = \frac{\part M_i}{\part H_j}

ahol \chi^{d}_{ij} egy tensor az M komponenes 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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 (pld. 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 „parallel pumpálás”-nak is hívják.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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.

  1. Magnetic properties of materials
  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 (1972) 
  4. Magnetic Susceptibility Balances
  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.  

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]