ELEKTRODYNAMIK

86 KAPITEL 5. MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN DER MATERIE
Abbildung 5.4: Die paramagnetische Magnetisierung
M als Funktion des Magnetfeldes
B und der Temperatur T . p m ist das magnetische
Dipolmoment des Atoms.
M
np m
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 1 2 Bp 3
m
kT
entspricht kT der Energie 4 · 10 −21 J. Bei einer Feldstärke bis maximal 10 T gilt also p m B ≪ kT .
Unter diesen Bedingungen folgt aus (5.3) in guter Näherung
und damit
M = np2 m
kT B
χm = nµ ◦p2 m C
= (Curie-Gesetz). (5.4)
kT T
Die Sättigung wird nur bei tiefen Temperaturen erreicht.
Die allgemeine quantenmechanische Behandlung des Atoms ergibt
mit
und
g = 1 +
p m = gµ B
J (J + 1) + S(S + 1) − L(L + 1)
2J (J + 1)
χm = nµ ◦J (J + 1)p2 m
,
3kT
wo J , S und L sog. Quantenzahlen des Atoms (L ∈ N, 2S ∈ N, 2J ∈ N). Gleichung (5.4) gilt für
den Spezialfall L = 0, S = J = 1/2 (z.B. für die Atome Li, Na, K, Rb, Cs, Ag, Au.)
Die Thermodynamik der Magnetisierung wird ausführlicher im Anhang C diskutiert.
5.2.2 Diamagnetismus
Manche Substanzen zeigen eine negative magnetische Suszeptibilität, d.h. die Magnetisierung
ist dem H-Feld entgegengesetzt. Sie werden als diamagnetisch bezeichnet. Die experimentellen
Beobachtungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. χ m < 0,
2. |χ m | ≪ 1,
3. χ m ist temperaturunabhängig.