顺磁质的磁化

贡献者： FFjet

　　 对顺磁质而言，虽然每个原子或分子有一定的磁矩，但由于分子的无规则热运动，各个分子磁矩排列的方向是十分纷乱的，对顺磁质内任何一个体积元来说，其中各分子的分子磁矩的矢量和 $\sum \mathbf{m}_{mole}=0$，因而对外界不显示磁效应。在外磁场 $\mathbf B_0$ 的作用下，分子磁矩 $\mathbf{m}_{mole}$ 的大小不改变，但是外磁场 $\mathbf B_0$ 要促使，$\mathbf{m}_{mole}$ 绕磁场方向进动，并具有一定的能量。这里的能量，是说固有磁矩 $\mathbf m_{mole}$ 在外磁场中的能量为 $W_m=-\mathbf m_{mole} \boldsymbol\cdot \mathbf B$。由此可见，当 $\mathbf m_{mole}$ 与 $\mathbf B_0$ 方向相同时，能量最低。

　　 我们知道，介质中存在着大量原子或分子，由于这些原子或分子之间的相互作用和碰撞，促使分子磁矩 $\mathbf m_{mole}$ 改变方向，从而改变 $\mathbf m_{mole}$ 在外磁场中的能量状态。一方面，从能量的角度来看，分子磁矩尽可能要处于低的能量状态，即 $\mathbf m_{mole}$ 与外磁场方向一致的状态；另一方面，分子热运动又破坏了分子磁矩沿磁场方向有序排列。当达到热平衡时，原子或分子的能量遵守玻耳兹曼分布律，处在较低能量状态的原子数或分子数比高能量状态的要多，亦即其分子磁矩 $\mathbf m_{mole}$ 靠近外磁场方向的分子数较多。显然，磁场越强，温度越低，分子磁矩 $\mathbf m_{mole}$ 排列也越整齐，这时，在顺磁体内任取一体积元 $\Delta V$，其中各分子磁矩的矢量 $\sum \mathbf m_{mole}$ 将有一定的量值，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同方向的附加磁场。这就是顺磁性的来源。

　　 应当指出，顺磁质受到外磁场的作用后，其中的原子或分子也会产生抗磁性，但在通常情况下，多数顺磁质分子的附加磁矩 $\sum \Delta\mathbf m_{mole}$ 比 $\sum \mathbf m_{mole}$ 小很多，所以这些磁介质主要显示出顺磁性。