Suszeptibilität
Was ist magnetische Suszeptibilität?
Die magnetische Suszeptibilität χ (lateinisch suscipere = übernehmen) beschreibt, ähnlich wie die magnetische Permeabilität, wie gut ein magnetischer Fluss ein Material durchdringen kann. Während die Permeabilität den gesamten Fluss im Inneren eines Festkörpers angibt, bezeichnet die Suszeptibilität nur den von der Materie übernommenen Anteil des magnetischen Flusses. Die Suszeptibilität χ ist deshalb genau um 1 kleiner als die Permeabilität μ: χ=μ-1.Inhaltsverzeichnis
Suszeptibilität (lateinisch suscipere
= übernehmen) ist eng mit Permeabilität
(lateinisch permeare
= durchlassen) verbunden.
Die Suszeptibilität beschreibt die magnetische Polarisation
bei einer äußeren magnetischen Flussdichte,
also die Magnetisierung
im äußeren Magnetfeld.
Abgekürzt wird die Suszeptibilität mit dem griechischen Buchstaben χ.
Die Permeabilität beschreibt das gesamte Feld, wie es unter dem Einfluss der polarisierten Materie vorliegt.
Bestimmung der magnetischen Suszeptibilität
Betrachtet man die Magnetisierung M eines Materials in einem äußeren Magnetfeld H0, so ist die Magnetisierung direkt durch die Suszeptibilität χ gegeben. Es gilt: M= χ•H0.Das gesamte Magnetfeld H ist dann die Summe aus der Magnetisierung und dem einfallenden Magnetfeld H0: H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0.
Ebenso kann man schreiben: H=μ•H0. Diese Gleichung drückt aus, dass das gesamte Magnetfeld im Inneren bzw. an der Oberfläche der Materie proportional zum einfallenden Feld ist. Der Proportionalitätsfaktor ist die Permeabilität. Ein Beobachter würde diese Feldstärke an der Oberfläche des Materials messen. Könnte ein Beobachter jedoch zwischen dem Teil des ursprünglich einfallenden Feldes und dem durch die Magnetisierung hervorgerufenen Feld unterscheiden, so würde er feststellen, dass die Magnetisierung gerade durch die Suszeptibilität als Proportionalitätsfaktor beschrieben wird.
Es gilt also M= χ•H0. Die Suszeptibilität gibt den Teil an, welcher von der Materie "aufgenommen" wurde. Die Summe aus diesem Teil und dem ursprünglich vorhandenen Teil ist dann das "durchgelassene" Magnetfeld H.
Es gilt also H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0=μ•H0.
Somit gilt der einfache Zusammenhang μ=χ+1 zwischen der Permeabilität μ und der Suszeptibilität χ.
Die positive bzw.
negative Aufnahme des magnetischen Feldes kann man sich klarmachen, indem man den Grund für Paramagnetismus, Ferromagnetismus bzw.
Diamagnetismus
vor Augen hält.
Besitzt ein Material Elementarmagnete, sogenannte magnetische Momente, welche sich im äußeren Feld ausrichten können (dies sind im Allgemeinen ungepaarte Elektronenspins), so wird das Material selbst zu einem Magneten, der durch das äußere Feld "aktiviert" wurde. Das gesamte Magnetfeld kann um ein Vielfaches größer sein als das einfallende Feld.
Gibt es keine einzelnen Elektronenspins im Material, so besitzt das Material keine magnetischen Momente. In diesem Fall überwiegt ein schwacher Effekt, der immer vorhanden ist, nämlich der Diamagnetismus. Er entspricht einer Induktion eines Kreisstromes beim Einbringen der Materie in das Magnetfeld. Dieser Kreisstrom ist nach der Lenzschen Regel dem äußeren Magnetfeld (seiner Ursache) entgegengerichtet und demnach ist die Magnetisierung des Diamagneten auch dem äußeren Feld entgegengerichtet.
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt ist Physiker und wissenschaftlicher Leiter des Fortgeschrittenenpraktikums Physik an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Er war 2011–2019 an der Technischen Universität beschäftigt und leitete diverse Lehrprojekte und das Projektlabor Chemie. Sein Forschungsschwerpunkt ist zeitaufgelöste Fluoreszenzspektroskopie an biologisch aktiven Makromolekülen. Er ist ausserdem Geschäftsführer der Sensoik Technologies GmbH.
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt ist Physiker und wissenschaftlicher Leiter des Fortgeschrittenenpraktikums Physik an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Er war 2011–2019 an der Technischen Universität beschäftigt und leitete diverse Lehrprojekte und das Projektlabor Chemie. Sein Forschungsschwerpunkt ist zeitaufgelöste Fluoreszenzspektroskopie an biologisch aktiven Makromolekülen. Er ist ausserdem Geschäftsführer der Sensoik Technologies GmbH.
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