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Curie-Gesetz

Gesetz über die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität paramagnetischer Materialien, das 1895 von P. Curie experimentell entdeckt wurde (Paramagnetismus). cm ist demnach umgekehrt proportional zur Temperatur T:_cm = C/T_(C: Curie-Konstante). Das Curie-Gesetz gilt im Grenzfall kleiner Magnet-Felder und hoher Temperaturen. Für Ferromagnetika gilt oberhalb der Curie-Temperatur TC ein ähnliches Gesetz, das Curie-Weiss'sche Gesetz: cm = const./(T - TC) (Ferromagnetismus). Bei der dielektrischen Orientierungspolarisation, dem elektrischen Analogon des Paramagnetismus, gilt ebenfalls ein dem Curie-Gesetz äquivalenter Zusammenhang (s.u.). Bei niedrigen Temperaturen verliert das Curie-Gesetz seine Gültigkeit und wird im Rahmen einer klassischen Betrachtung durch eine Langevin-Gleichung ersetzt, im Bereich der Quantenstatistik durch eine Brillouin-Funktion für die Magnetisierung; ebenso gilt es nicht bei sehr starken äusseren Feldern, sofern die Sättigungsmagnetisierung erreicht wird (Einmündungsgesetz).

Mikroskopisch gesehen besitzen Paramagnetika atomare bzw. molekulare permanente magnetische Momente mmol, deren Ausrichtung in Richtung eines äusseren Magnetfeldes Bext die thermische Bewegung entgegenwirkt. Hieraus folgt für die Suszeptibilität

Curie-Gesetz

(mit n: Anzahldichte der Dipole, kB: Boltzmann-Konstante; der Faktor 1/3 ist klassisch hergeleitet, quantenmechanisch ergeben sich Werte zwischen 1/3 und 1). Diese Formel lässt sich auch als Beziehung zwischen der Magnetisierung M und der Sättigungsmagnetisierung Ms = nmmol formulieren: Curie-Gesetz. Dabei ist die Grösse (mmolBext/kBT) das (dimensionslose) Verhältnis zwischen der magnetischen Maximalenergie eines Dipols im äusseren Feld und seiner thermischen Energie. Für die elektrische Suszeptibilität ce gilt ganz analog Curie-Gesetz (er: Dielektrizitätszahl, Dielektrizitätskonstante, pmol: molekulares elektrisches Dipolmoment). [MD,TV]

 

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