Suszeptibilität

Die Suszeptibilität beschreibt das Verhalten eines Stoffes in einem externen Magnetfeld. Sie ist definiert als

\chi_m=\frac{\partial M}{\partial H}

also der Änderung der Magnetisierung

M

bei Änderung der magnetischen Feldstärke

H

. In vielen Fällen ist die Abhängigkeit linear, damit reduziert sich die Definition zu

\chi_m=\frac M H

In dieser Form gibt es einen einfachen Zusammenhang mit der relativen magnetischen Permeabilität

\mu_r=\chi_m+1

. Als Massensuszeptibilität hingegen bezeichnet man die Suszeptibilität pro Dichte.

Medium	$\chi_m$
Supraleiter	≥ -1 (siehe Anmerkung)
Wasserstoff	$0{,}008\cdot10^{-6}$
Kupfer	$-6{,}4\cdot10^{-6}$
Wasser	$-8{,}0\cdot10^{-6}$
Aluminium	$22{,}2\cdot10^{-6}$
Platin	$265\cdot10^{-6}$

Über das Vorzeichen der Suszeptibilät werden magnetische Stoffe zwei Gruppen zugeordnet:

Diamagneten $\chi_m<0$: Diamagnetische Stoffe haben das Bestreben, das Magnetfeld aus ihrem Innern zu verdrängen. Sie magnetisieren sich gegen die Richtung eines externen Magnetfeldes, folglich ist die Suszeptibilität negativ. Diamagnetische Beiträge sind im Allgemeinen temperaturunabhängig und ergeben sich nach dem Prinzip der Lenzschen Regel. Sie sind damit in allen Materialien vorhanden, wenn auch meist nicht dominant.; Einen Sonderfall stellen die Supraleiter dar. Sie verhalten sich im konstanten Magnetfeld als ideale Diamagneten mit $\chi_m=-1$ . Dieser Effekt heißt Meißner-Ochsenfeld-Effekt und ist ein wichtiger Bestandteil der Supraleitung.

Paramagneten $\chi_m>0$: In paramagnetischen Stoffen richten sich die atomaren magnetischen Momente in externen Magnetfeldern aus und verstärken damit das Magnetfeld im Innern des Stoffes. Die Magnetisierung ist also positiv und damit auch die Suszeptibilität. Die Temperaturabhängigkeit der Suszeptibilität wird durch das Curiesche Gesetz bestimmt. Die Leitungselektronen von Metallen liefern einen weiteren temperaturunabhängigen Beitrag (Pauli-Paramagnetismus).

Die magnetische Suszeptibilität von Festkörpern mit einer magnetischen Ordnung zeigt ein kompliziertes Verhalten. Oberhalb einer Schwellentemperatur verhält sie sich paramagnetisch, unterhalb hängt sie von weiteren Faktoren ab:

Antiferromagnete: Hier hängt die Suszeptibilität von der Orientierung des Festkörpers im Magnetfeld ab. Liegt letzteres in einer Ebenen mit den elementaren magnetischen Momenten, so ist der Zusammenhang zwischen Suszeptibilität und Temperatur näherungsweise linear. Steht das Magnetfeld senkrecht zur jener Ebenen, so ist die Suszeptibilität näherungsweise temperaturunabhängig.

Ferromagnete: Die Suszeptibilität von Ferromagneten hängt von der vorhergehenden Magnetisierung ab, man sagt sie haben ein Gedächtnis. Das Verhalten wird durch eine Hystereseschleife beschrieben. Bei Ferromagneten werden die magnetischen Momente in einem Material parallel zum äusseren Magnetfeld ausgerichtet. Ein Beispiel für einen Ferromagneten ist α-Eisen.

Ferrimagnete: Die Suszeptibilität von Ferrimagneten hängt, wie bei den Ferromagneten, von der vorhergehenden Magnetisierung ab. Der Grund für ihr magnetisches Verhalten ist eine antiparallele Ausrichtung von unterschiedlich großen magnetischen Momenten in einem Kristall. Ein Beispiel für ein ferrimagnetisches Material ist Magnetit (Fe₃O₄).

Ferri- und ferromagnetische Stoffe können als Permanentmagneten verwendet werden.

Weichmagnetische Werkstoffe haben eine Suszeptibilität die praktisch gleich der (relativen) Permeabilität ist. Unterschiede ergeben sich nur bei Dauermagneten oder niederpermeablen Stoffen.

siehe auch:

Magnetismus

Magnetická susceptibilita | Magnetic susceptibility | Susceptibilidad magnética | Susceptibilité magnétique | Suscettività magnetica

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