磁化率

磁化率，表征磁介质属性的物理量。常用符号cm表示，等于磁化强度M与磁场强度H之比引，即 M=cmH对于顺磁质，cm>0，对于抗磁质，cm<0，其值都很小。对于铁磁质，cm很大，且还与H有关（即M与H之间有复杂的非线性关系）。对于各向同性磁介质，cm是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是一个二阶张量。

简介

任何材料在磁场的作用下将被磁化，并显示一定特征的磁性。这种磁性不仅仅由磁化强度或磁感应强度的大小来表征，而且应由磁化强度随外磁场的变化特征来反映。为此，定义材料在磁场作用下，磁化强度M与磁场强度H的比值为磁化率： χ=M/H

通常，磁化强度指的是材料单位体积中原子或离子磁矩的矢量和，所以上式定义的磁化率也称为体积磁化率。如果已知材料的密度为ρ，则材料单位质量的磁化率为χm=χ/ρ

此外，还可以定义摩尔磁化率为1摩尔物质的磁化率χM=χmM

式中，M是分子量。

根据磁化率的大小和正负及其随温度变化的行为常可判断材料磁性的种类。

概念

在国际单位制（SI）中，磁化率cm是一个无量纲的纯数。

某一物质的磁化率可以用体积磁化率κ 或者质量磁化率χ来表示。体积磁化率无量纲参数。在CGS单位系统下的磁化率值是SI下的1/4π倍，即1 CGSM = 4π SI , 数值上 χ（CGS）= χ（SI）/ 4π。体积磁化率除以密度即为质量磁化率，亦即χ=κ/ρ，其单位为m^3/kg．

特性

物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，此物质因磁化而激发出来的磁场强度H′与外加的激发磁场强度H之和称为该物质在外磁场作用下的磁场强度B，即

B = H + H′ (1)

H′与H方向相同的叫顺磁性物质，相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金，H′比H大得多（H′/H）高达10，而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失，这类物质称为铁磁性物质。

物质的磁化可用磁化强度I来描述，H′=4πI。对于非铁磁性物质，I与外磁场强度H成正比

I = KH (2)

式中，K为物质的单位体积磁化率(简称磁化率)，是物质的一种宏观磁性质。在化学中常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM表示物质的磁性质，它的定义是

χm = K/ρ (3)

χM = MK/ρ (4)

式中，ρ和M分别是物质的密度和摩尔质量。由于K是无量纲的量，所以χm和χM的单位分别是m^3·kg-1和m^3·mol-1。

磁感应强度SI单位是特[斯拉](T)，而过去习惯使用的单位是高斯(G)，1T=10^4G。

相关参数概念

磁化:

处于磁中性态的磁性材料在磁场作用下逐步从宏观上无磁性到显示磁性的过程称为磁化。

磁化过程：

在磁场作用下，磁性材料的磁化强度从磁中性状态为零到非常强的磁场强度下接近饱和磁化强度的过程称为磁化过程。

磁化曲线：

处于磁中性状态下的磁性材料在磁场作用下，磁化强度M将随磁场强度H的增大而增大，最后在一定的饱和磁场强度Hs时达到饱和磁化强度值Ms，这时，材料内部的原子磁矩基本上都已经沿磁场取向，再增大磁场强度，磁化强度值不会明显增大。在M-H图上绘出磁化强度随磁场强度变化的相应曲线称为磁化曲线，也称初始磁化曲线。相应地，磁性材料的磁感应强度B随磁场强度H变化的曲线称为B-H磁化曲线。

磁滞回线：

磁性材料在足够强的磁场（称为饱和磁化场Hs）作用下被饱和磁化以后，使这一正向磁场强度降为零，材料的磁化强度便会从Ms降到Mr，显然，磁化强度的变化落后于磁场强度的变化，这种现象称为磁滞。Mr称为剩余磁化强度，简称剩磁。若要使Mr变为零，必须对材料施加一反向磁场Hci或MHc，该磁学量称为内禀矫顽力。若将反向磁场逐步增大到-Hs，则材料又将达到饱和磁化。将反向磁场降为零，并继续使磁场强度沿正向增加到Hs，磁化强度将经过-Mr、Hci到达Ms，于是，在M-H图上将形成一条封闭曲线，因为磁化强度的变化始终落后于磁场强度的变化，所以这样的封闭曲线称为M-H磁滞回线。相应地，如果磁场强度经历一周期变化，即Hs→0→HC→Hs→HC→Hs，磁感应强度B的变化在B-H图上也会构成一条封闭回线，称为B-H磁滞回线。在这种磁滞回线上，材料经饱和磁化后因撤去磁场所保留的磁感应强度称为剩余磁感应强度，也简称剩磁Br。使Br降为零所需要施加的反向磁场称为矫顽力，用BHC表

示。另外，当磁场强度为Hs时，磁化强度为饱和值Ms，所对应的磁感应强度称为饱和磁感应强度，用Bs表示，这时，Bs=μ0(Hs+Ms)。μ0为真空磁导率。

退磁曲线：

饱和磁滞回线的第二象限部分称为退磁曲线，是反映硬磁材料磁性能好坏的特征曲线。

磁导率:

材料在磁场H的作用下被磁化，具有一定的磁感应强度B。两者的比值称为绝对磁导率μ'，即μ'=B/H

绝对磁导率与真空磁导率μ0之比称为相对磁导率μ：μ=μ'/μ0

数值上，μ0=4π×10-7H/m。相对磁导率通常也简称为磁导率。在国际单位制中，相对磁导率和磁化率的关系为μ=1+χ

组成

物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关，在反磁性物质中，由于电子自旋已配对，故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动，在外磁场作用下产生的拉摩进动，会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，所以表示出反磁性。其χM就等于反磁化率χ反，且χM<0。在顺磁性物质中，存在自旋未配对电子，所以具有永久磁矩。在外磁场中，永久磁矩顺着外磁场方向排列，产生顺磁性。顺磁性物质的摩尔磁化率χM是摩尔顺磁化率与摩尔反磁化率之和，即

χM =χ顺 + χ反 (5)

通常χ顺比χ反大约1～3个数量级，所以这类物质总表现出顺磁性，其χM>0。顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律

(6)

式中，NA为Avogadro常数;K为Boltzmann常数(1.38×10erg·K);T为热力学温度;μm为分子永久磁矩(erg·G)。由此可得

(7)

由于χ反不随温度变化(或变化极小)，所以只要测定不同温度下的χM对1/T作图，截矩即为χ反，由斜率可求μm。由于比χ顺小得多，所以在不很精确的测量中可忽略χ反作近似处理

(8)

顺磁性物质的μm与未成对电子数n的关系为

(9)

式中，是玻尔磁子，其物理意义是:单个自由电子自旋所产生的磁矩。

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

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