居里-韦斯定律

居里-韦斯定律描述了铁磁体在居里点以上顺磁区的磁化率 χ：

χ = C T − T C {dISPlaystyle chi ={frac {C}{T-T_{rm {C}}}}}

其中 C 是材料特定的居里常数，T 是绝 对温度，TC 是居里温度，均以开尔文为单位测量。 该定律预测 T = TC 时的磁化率存在奇异性。 低于此温度，铁磁体具有自发磁化。 这个名字是以皮埃尔·居里和皮埃尔-欧内斯特·魏斯的名字命名的。

磁铁的磁矩是决定其在外部磁场中将经历的扭矩的量。 电流回路、磁棒、电子、分子和行星都有磁矩。

磁性材料的磁化强度或磁极化是表示永 久或感应磁矩密度的矢量场。 磁矩可能源于单个原子中电子运动引起的微观电流，或者电子或原子核的自旋。 净磁化是材料对外部磁场的响应以及即使在没有外部磁场的情况下也可能存在的任何不平衡磁矩的结果，例如，在足够冷的铁中。 后者称为自发磁化。 其他与铁具有这种特性的材料，如镍和磁铁矿，被称为铁磁体。 材料具有铁磁性的阈值温度称为居里温度，并且因材料而异。

在许多材料中，居里-韦斯定律无法描述紧邻居里点的磁化率，因为它基于平均场近似。 相反，有一个形式的关键行为

χ ∝ 1 ( T − T C ) γ {diSPlaystyle chi propto {frac {1}{(T-T_{rm {C}}){gamma }}}}

与临界指数γ。 然而，在温度 T ≫ TC 时，居里-韦斯定律的表达式仍然成立，但 TC 被温度 Θ 代替，该温度略高于实际居里温度。 一些作者将 Θ 称为维斯常数，以区别于实际居里点的温度。

根据 Bohr-van Leeuwen 定理，当统计力学和经典力学一致应用时，磁化强度的热平均值始终为零。 没有量子力学就无法解释磁性。 这意味着如果不考虑物质由原子组成，就无法解释它。 接下来列出了一些半经典的方法，使用简单的原子模型，因为它们很容易理解和关联，即使它们并不完全正确。

自由原子的磁矩归因于其电子和原子核的轨道角动量和自旋。 当原子的壳层被完全填满时，在没有外部磁场的情况下它们没有任何净磁偶极矩。 当存在时，这样的场会扭曲电子的轨迹（经典概念），因此施加的场可能与楞次定律所预测的相反。 换句话说，外场感应出的净磁偶极子方向相反，这样的材料被它排斥。 这些被称为抗磁性材料。

有时，即使没有外部磁场，原子也具有净磁偶极矩。 单个电子和原子核对总角动量的贡献不会相互抵消。 当原子壳未完全填满时会发生这种情况（洪德法则）。 然而，这些原子的集合可能没有任何净磁矩，因为这些偶极子没有对齐。 外部磁场可以在某种程度上使它们对齐并产生单位体积的净磁矩。 这种对齐取决于温度，因为热扰动会使偶极子失去方向感。 这种材料称为顺磁性。

在某些材料中，即使在热扰动足够低且没有任何外部磁场的情况下，原子（具有净磁偶极矩）也可以相互作用以自行排列。 对准可以是平行的（铁磁性）或反平行的。 在反平行的情况下，偶极矩可能会或可能不会相互抵消（反铁磁性、亚铁磁性）。

我们采用一种非常简单的情况，其中每个原子都可以近似为一个二态系统。 热能很低，原子处于基态。 在这种基态下，假设原子没有净轨道角动量，只有一个未成对的电子使其自旋为一半。