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磁化率
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在電磁學中,磁化率(英語:magnetic susceptibility)是表徵物質在外磁場中被磁化程度的物理量。
定義
磁化率,通常標記為 ,以方程式定義為
- ;
滿足這定義的物質,通常稱為線性介質。採用國際單位制, 定義為
- ;
所以, 可以表達為
- ;
其中, 是相對磁導率, 是磁導率。
磁化率與相對磁導率的關係方程式為
- 。
磁化率與磁導率的關係方程式為
- 。
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磁化率的正負號:抗磁性和其它種磁性

若 為正值,則 ,物質的磁性是順磁性、鐵磁性、亞鐵磁性或反鐵磁性。對於這案例,物質的置入會使得 增強;
若 為負值,則 ,物質的磁性是抗磁性,物質的置入會使得 減弱[1]。
對於順磁性或抗磁性物質,通常 的絕對值都很小,大約在 10−6 到 10−5 之間,大多時候可以忽略為 0 。
在真空裏,磁化率是 0 ,相對磁導率是 1 ,磁導率等於真空磁導率,值為 。
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測量磁化率的方法
簡言之,施加具有梯度的磁場於物質樣品,然後測量樣品感受到的作用力差值,代入相關公式,即可得到磁化率[2]。早期,科學家使用古依天平來測量磁化率。測試的樣品懸掛在電磁鐵的兩極之間。由於電磁鐵作用,樣品的表觀重量會與磁化率成正比[3]。讀得古依天平所顯示的表觀重量值後,代入相關公式中。即可得到磁化率。現今,高端測量系統使用超導磁鐵來得到更準確的磁化率。還有一種新穎的產品,稱為艾凡斯天平,廣泛地使用於全世界的課堂及研發實驗室。它測量的是,在置入樣品之前與之後,強大磁鐵所感受到的作用力差值[4]。另外,對於樣品溶液,應用核磁共振科技,可以測量出其磁化率。只要比較樣品溶液與參考溶液的核磁共振頻率的差異,代入公式,即可求得樣品溶液的磁化率[5][6][7]。
張量磁化率
大多數晶體的磁化率不是純量。當施加 於晶體,所響應 (response) 的磁化強度 與晶體的取向有關,因此可能不與磁場強度 同方向。將磁化率以張量來定義:
- ;
其中,下標 和 指的是向量沿著某個坐標軸的分量(例如,直角坐標系的x-軸、y-軸和 z-軸)。
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微分磁化率
對於鐵磁性晶體, 和 之間呈非線性關係。 為了也能夠表明這關係,採用更廣義的定義,稱為微分磁化率:
- ;
其中, 是由 的分量對於 的分量的偏導數。
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國際單位制與 CGS 單位制之間的單位轉換
前面所述定義和方程式都採用國際單位制 (SI) 。但在很多磁化率的表格中都採用 CGS單位制 (常標記為 emu 或 e.m.u. , 電磁單位的英文簡寫)。它們都依靠著不同定義的真空磁導率[8]:
- 。
CGS 單位制的無因次的磁化率,乘以 ,就可以得到國際單位制的無因次的磁化率[8]:
- 。
例如,在 20°C ,水的磁化率,在國際單位制是 −9.04×10−6,在 CGS 單位制是 −7.19×10−7 。
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質量磁化率和莫耳磁化率
質量磁化率 定義為
其中, 是密度,其單位,在國際單位制是 kg·m−3,在CGS 單位制是 g·cm−3。
質量磁化率的單位,在國際單位制是 m3·kg−1,在CGS 單位制是 cm3·g−1。
莫耳磁化率 則定義為
- ;
其中, 是莫耳質量,其單位,在國際單位制是 kg·mole−1,在CGS 單位制是 g·mole−1。
莫耳磁化率的單位,在國際單位制是 m3·mol−1,在CGS 單位制是 cm3·mole−1。
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磁化率表格
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參閱
參考文獻
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