Elektrizität und Magnetismus - Physik-Institut - Universität Zürich

Schliesslich verknüpfen wir die Gleichungen (55) und (56) und erhalten
⃗B = µ 0 · ( ⃗ H + χ m
⃗ H) = µ0 · (1 + χ m ) ⃗ H .
Setzt man die Permeabilität µ = 1 + χ m , so erhält man ⃗ B = µ0 µ ⃗ H , was wir
oben als Erfahrungstatsache hingestellt hatten.
4.4.3 Die magnetischen Substanzen
Diamagnetische Stoffe
diamagnetische
Stoffe χ m
H 2 , gasförmig -2.3 ·10 −9
H 2 , flüssig -1.8 ·10 −6
H 2 O, gasförmig -0.98 ·10 −9
H 2 O, flüssig -8 ·10 −6
Benzol -8 ·10 −6
Wismut, fest -168 ·10 −6
Gold -29 ·10 −6
Kupfer -10 ·10 −6
Für diese ist µ < 1, das heisst χ m < 0,
sie haben kein permanentes Dipolmoment.
Die induzierten Kreisströme erzeugen eine
Magnetisierung, die dem äusseren ⃗ H-
Feld entgegengesetzt steht. Dieser Effekt
tritt in allen Substanzen auf. Da er jedoch
schwach ist, wird er bei Para- und Ferromagneten
überdeckt.
χ m hängt nicht von der Temperatur ab.
Paramagnetische Stoffe
paramagnetische
Stoffe
χ m
O 2 , gasförmig 1.9 ·10 −6
O 2 , flüssig 3400 ·10 −6
Luft 0.37 ·10 −6
FeCl 3 , fest 3758 ·10 −6
CuSO 4 , fest 388 ·10 −6
Chrom 324 ·10 −6
Aluminium 20 ·10 −6
Zinn
2 ·10 −6
Für diese ist µ > 1, also χ m > 0. Diese
Materialien haben ein permanentes magnetisches
Dipolmoment. Die Suszeptibilität
nimmt mit der Temperatur ab χ m ∝ 1 : T
Mit den Boltzmann-Verteilungen für die Einstellung
des Dipolmomentes ⃗m ↑↑ B ⃗ und ⃗m ↑↓ B ⃗
ist die Magnetisierung
M = m m
n
3
(
e mmB/kT − e −mmB/kT ) ≃ m 2 m 2nB
3kT
Ferromagnetische Stoffe Bei ihnen ist µ nicht mehr konstant. In sogenannten “magnetisch
weichen” Stoffen ist µ eine Funktion des Magnetfeldes:
B = µ 0 µ(H) H .
In magnetisch harten Stoffen (Permanentmagnete) kann die Magnetisierung unabhängig
von H sein, also auch ohne äusseres Magnetfeld existieren. Ferromagnete zeigen also
eine Ordnung, die durch eine sehr starke Wechselwirkung zwischen den permanenten
Dipolmomenten dieser Substanzen zustande kommt.
Das ferromagnetische Material ist nicht einheitlich magnetisiert, sonden besteht aus
Weiss’schen Domänen 61 , in denen alle atomaren Dipolmomente vollkommen geordnet
61 P. Weiss, 1907. Die Strukturen der Weiss’schen Domänen können mit verschiedenen Methoden sichtbar
gemacht werden:
Magnetpulver (Teilchen von 10 −5 − 10 −6 cm in Suspension) richtet sich im thermischen Gleichgewicht
auf der polierten und ausgeglühten Oberfläche aus.
Beim magnetooptischen Kerr-Effekt wird die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichtes gedreht
und damit werden Weiss’sche Bezirke im Analysator sichtbar.
Der Faraday-Effekt dreht die Polarisationsrichtung bei Durchstrahlung im Magnetfeld [Kap.??].
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