順磁性

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介紹

順磁性是指物質在施加的外部磁場作用下被微弱吸引的一種磁性。它在磁場方向上產生感應和內部磁場。原子具有多個未成對電子的磁現象稱為順磁性。磁場中的未成對電子具有磁偶極矩，並像微小的磁體一樣作用。

什麼是順磁性？

順磁性被定義為材料的一種磁性特性，即被強磁體微弱吸引。它是由英國科學家邁克爾·法拉第在 1845 年命名並研究的。已確定一些化合物和大多數元素是順磁性的。順磁性材料由於軌道磁矩和電子自旋的不完全抵消而具有永久磁偶極矩。

在沒有磁場的情況下，偶極矩是隨機排列的。因此，順磁性材料沒有淨宏觀磁化。順磁性材料被描述為被磁鐵微弱吸引的材料。這些物質包括金、氧氣、鋁等。這些原子元素包含電子；其中一些以相同的方向旋轉。這是因為該特性使原子具有相同的極性。

圖 1：順磁性材料中的順磁性液體

排列程度取決於外場的強度，並與樣品溫度成反比。在順磁性中，取向再次受到熱振動的干擾，並且當順磁性材料從磁場中移除時會退磁。

這是順磁性物質不能用作永久磁鐵的主要原因。例如，如果一個裝有少量順磁性液體的玻璃杯放在兩個不同的磁極上，則液體在中間點會表現出抬升。

居里定律

居里定律是由皮埃爾·居里發現的，該定律指出順磁性材料的磁化強度與施加的磁場的強度成正比。根據居里定律，這種磁化強度的強度與施加到材料上的溫度成反比。根據該定律，這意味著如果順磁性材料的溫度更高，則物質中的磁化強度更低。居里定律的公式表示為 C=MT/B，其中 M 表示物質的磁化強度，C 表示居里常數，B 是施加到材料上的磁場強度，T 是以開爾文表示的溫度。居里物理常數取決於具有精確平均固有磁矩離子的有效運動。它是計算一個成分在經歷熱波動而不是透過熱波動顯示磁取向的強度的計算。

順磁性材料及其磁化率

材料	磁化率 [10-5]（SI 單位）
鋁 (Al)	2.2
鎂 (Mg)	1.2
鈉 (Na)	0.72
鋰 (Li)	1.4

表 1：順磁性材料的磁化率

順磁性材料是由於存在一些未成對的電子，這些電子會導致由外部磁場引起的電子路徑重新排列。

圖 2：順磁性材料和電場

上圖表示當去除和施加電場時順磁性材料中的排列。順磁性材料在沒有外部施加磁場的情況下不會保留任何磁化，因為運動會使負責磁性的自旋排列隨機化。

順磁性材料的特性

• 當淨“原子偶極矩”為零時，順磁性物質的原子由於未成對的自旋而具有永久磁矩。順磁性區域在非均勻外部磁場中從弱場移到強場。

• 由於磁場在兩極附近更強，因此順磁性棒保持平行於磁場（Zhang 等人，2021）。在順磁性中，U 形管中的順磁性液體在磁極之間的肢體中上升。

• 順磁性中的磁化強度為正、相對較小，並且與磁化場的強度成正比。順磁性中磁鐵的磁化率也為正且較小。

• 磁力線在順磁性物質內部變得更深（Haskel 等人，2020）。磁導率略大於 1，順磁性材料的磁化強度與最終溫度成反比。

• 順磁性材料遵循居里定律，根據該定律，磁鐵的磁化率與最終溫度成反比。

順磁性和抗磁性之間的區別

順磁性物質	抗磁性物質
磁性中的順磁性物質被磁鐵微弱吸引	在抗磁性中，抗磁性物質被磁鐵削弱並排斥。
順磁性中的物質在外部“非均勻”磁場中具有從較弱部分到較強部分移動的趨勢。	抗磁性中的物質在外部“非均勻”磁場中具有從較強部分到較弱部分移動的趨勢。
順磁性材料中顯示的磁化率小且為正	抗磁性物質中磁鐵的磁化率往往為負。
如果將氣體引入磁極之間，則順磁性氣體將在磁場方向上擴散。	如果將氣體引入磁極之間，則抗磁性氣體將在磁場的垂直方向上擴散。
鈣、鋰、氧、鉻和鉑是順磁性的一些例項。	汞、金、銀、氮和銅是抗磁性物質的一些例項。

表 2：順磁性和抗磁性之間的區別

順磁性材料的用途及其確定行為

順磁性材料或藥物通常擴散到特定的器官系統或疾病部位，這在臨床上有助於增強核磁共振影像中的組織對比度（Thoughtco，2022）。在確定順磁性材料在外部磁場中的行為時，請考慮氧氣罐的例子。在第一階段，確定外部“磁場”的對齊方式，其中地球的“磁場”從南指向北。在最後階段，順磁性物體的淨偶極矩將與外部場的方向相同。淨偶極矩也從南指向北。

結論

在順磁性中，偶極矩沒有以適當的均勻性排列，因為物質內的原子運動隨機導致原子碰撞。經過這種碰撞後，原子不會永久地偏離取向。實際上，在順磁性中，順磁波物質的淨偶極矩小於所考慮的原子相互作用。它是從順磁性的事實中獲得的，即外部場平行於場。

常見問題

Q1. 抗磁性和順磁性材料有什麼區別？

順磁性材料被磁鐵的磁場微弱吸引，而抗磁性材料被磁場微弱排斥。

Q2. 磁鐵的主要型別有哪些？

抗磁性、順磁性和鐵磁性被認為是磁鐵的主要型別。

Q3. 磁化率的定義是什麼？

磁化率是指衡量物體在相應磁場中被磁化的程度的量度。

Q4. 居里溫度的應用在哪裡？

加熱時材料轉變為順磁性物質的溫度稱為居里溫度。這種變化主要用於光學媒體儲存以擦除舊資訊。

Q5. 什麼是順磁性材料？

它是一種傾向於朝可用磁場方向排列的材料。

參考文獻

期刊

Davidovich，M. V.（2018）。由帶電流的環組成的超材料的抗磁性和順磁性。JETP Letters，108（5），279-286。檢索自：https://www.researchgate.net

Haskel，D.，Fabbris，G.，Kim，J. H.，Veiga，L. S.，Mardegan，J. R. L.，Escanhoela Jr，C. A.，... & Kim，J. W.（2020）。壓縮 Sr 2 IrO 4 中可能的量子順磁性。物理評論快報，124（6），067201。檢索自：https://arxiv.org/pdf/1911.09786

張健，小坂和也，北川洋，宮坂浩. (2021). 一種表現出CO2誘導順磁性和亞鐵磁性轉變的金屬有機框架. 《自然化學》, 13(2), 191-199. 檢索自: http://canli.dicp.ac.cn

網站

Phys, 2022. 關於磁性的應用. 檢索自: https://phys.libretexts.org [檢索日期: 2022年6月7日]

Thoughtco, 2022. 關於順磁性的定義和示例. 檢索自: https://www.thoughtco.com [檢索日期: 2022年6月7日]