Susceptibiliteit
Wat is magnetische susceptibiliteit?
De magnetische susceptibiliteit χ (in het Latijn suscipere = overnemen) beschrijft, vergelijkbaar met de magnetische permeabiliteit, hoe goed een magnetische flux een materiaal kan doordringen. Terwijl de permeabiliteit de totale flux binnen een vast lichaam aangeeft, geeft de susceptibiliteit alleen het aandeel van de magnetische flux aan, dat door de stof wordt geabsorbeerd. De susceptibiliteit χ bedraagt daarom precies 1 minder dan de permeabiliteit μ: χ=μ-1.Inhoudsopgave
Susceptibiliteit (uit het Latijn suscipere
= overnehmen) is nauw met permeabiliteit (uit het Latijn permeare
= doorlaten) verbonden.
De susceptibiliteit beschrijft de magnetische polarisatie bij een externe magnetische fluxdichtheid,
dus de magnetisatie in het externe magneetveld.
De susceptibiliteit wordt afgekort met de Griekse letter χ.
De permeabiliteit beschrijft het hele veld, zoals het bestaat onder de invloed van de gepolariseerde materie.
Het bepalen van de magnetische permeabiliteit
Wanneer men de magnetisatie M van een materiaal in een extern magneetveld H0 bekijkt, dan is de magnetisatie direct gegeven door de susceptibiliteit χ. Er geldt: M= χ•H0.Het hele magneetveld H is dan de som van de magnetisatie en het invallende magneetveld H0: H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0.
Men kan ook H=μ•H0 schrijven. Deze vergelijking drukt uit, dat het gehele magneetveld binnen resp. op het oppervlak van de materie evenredig is met het invallende veld. De evenredigheidsfactor is de permeabiliteit. Een waarnemer zou de veldsterkte aan het oppervlak van het materiaal meten. Wanneer een waarnemer echter zou kunnen onderscheiden tussen het deel van het oorspronkelijk invallende veld en het door de magnetisatie opgeroepen veld, dan zou hij vaststellen dat de magnetisatie precies wordt beschreven door de susceptibiliteit als evenredigheidsfactor.
Er geldt dus M= χ•H0. De susceptibiliteit geeft het gedeelte aan, dat door de materie werd "opgenomen". De som van dit deel en het oorspronkelijk voorhanden deel is dan het "doorgelaten" magneetveld H.
Er geldt dus H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0=μ•H0.
Dus geldt tussen de permeabiliteit μ en de susceptibiliteit χ de eenvoudige samenhang μ=χ+1.
De afbeelding toont het verloop van de veldlijnen van het magneetveld H
door een para- respectievelijk ferromagnetisch materiaal met (μ
=2,χ=1) (links) en rondom een supergeleider met (μ
=0, χ
=-1) (rechts).
Daarbij is het oorspronkelijke invallende veld als een blauwe pijl gekentekend en de magnetisering als rode pijl.
In een ferromagnetisch materiaal is de magnetisatie positief en daarmee gelijk uitgelijnd als het oorspronkelijke veld.
Dit is altijd het geval, wanneer χ
>
0, het materiaal dus het magneetveld in dezelfde richting "opneemt" en daarmee versterkt.
In een diamagneet daarentegen is de magnetisatie juist tegen het invallende veld gericht.
Het opgenomen veld is negatief en daardoor χ
< 0.
Terwijl de positieve veldversterking zelfs een veelvoud groter zijn kan dan het invallende veld, is de negatieve afzwakking maximaal tot de volledige opheffing van het veld mogelijk.
Deze volledige compensatie treedt in supergeleiders op.
Voor de supergeleider geldt χ
= -1.
Daardoor μ
= 0.
De supergeleider laat dus geen enkel veld door.
Een supergeleider is daarom een "perfecte diamagneet".
De positieve resp.
negatieve opname van het magnetisch veld kan men zichzelf verduidelijken door de reden voor paramagnetisme, ferromagnetisme resp.
diamagnetisme
voor ogen te houden.
Wanneer een materiaal elementaire magneten bezit, zogenaamde magnetische momenten, die zich binnen het externe veld kunnen uitlijnen (dit zijn over het algemeen ongepaarde elektronenspins), dan wordt het materiaal zelf een magneet, die door het externe veld werd "geactiveerd". Het totale magneetveld kan een veelvoud groter zijn dan het inwerkende veld.
Als er zich geen losse elektronenspins in het materiaal bevinden, bezit het materiaal geen magnetische momenten. In dit geval overweegt een zwak effect, dat altijd voorhanden is, namelijk het diamagnetisme. Het komt overeen met de inductie van een kringstroom bij het invoegen van het materiaal in het magneetveld. Deze kringstroom is overeenkomstig de wet van Lenz tegen het externe magneetveld (zijn oorzaak) gericht en daarom is de magnetisatie van de diamagneet ook tegen het externe veld gericht.
Auteur:
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt is natuurkundige en de wetenschappelijke leider van het natuurkundepracticum voor gevorderden aan de Martin-Luther-Universiteit Halle Wittenberg. Hij werkte van 2011 tot 2019 aan de Technische Universiteit en leidde diverse onderwijsprojecten en het scheikundeprojectlab. Zijn onderzoek richt zich op tijdgeresolveerde fluorescentiespectroscopie van biologisch actieve macromoleculen. Hij is ook algemeen directeur van Sensoik Technologies GmbH.
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt is natuurkundige en de wetenschappelijke leider van het natuurkundepracticum voor gevorderden aan de Martin-Luther-Universiteit Halle Wittenberg. Hij werkte van 2011 tot 2019 aan de Technische Universiteit en leidde diverse onderwijsprojecten en het scheikundeprojectlab. Zijn onderzoek richt zich op tijdgeresolveerde fluorescentiespectroscopie van biologisch actieve macromoleculen. Hij is ook algemeen directeur van Sensoik Technologies GmbH.
Het auteursrecht op de complete inhoud van het compendium (teksten, foto's, afbeeldingen etc.) ligt bij de auteur Franz-Josef Schmitt. Het exclusieve gebruiksrecht van het werk ligt Webcraft GmbH, Zwitserland (als exploitant van supermagnete.gr). Zonder uitdrukkelijke toestemming van Webcraft GmbH mag de inhoud noch worden gekopieerd, noch op andere wijze worden gebruikt. Uw suggesties ter verbetering of uw lof aangaande het compendium stuurt u alstublieft per e-mail aan
[email protected]
© 2008-2024 Webcraft GmbH
© 2008-2024 Webcraft GmbH