Suscettività magnetica, campo magnetico

Cos’è la suscettività magnetica e come si misura

La suscettività magnetica è una grandezza fondamentale nell’elettromagnetismo che indica la capacità di un materiale di magnetizzarsi in risposta a un campo magnetico esterno. Essa si esprime come una costante adimensionale che quantifica il grado di magnetizzazione del materiale quando sottoposto a un campo magnetico.

Relazione tra campo magnetico e suscettività magnetica

Quando un materiale è immerso in un campo magnetico, la sua capacità di permettere il passaggio delle linee di forza magnetiche può variare rispetto al vuoto. Si definisce quindi un campo magnetico interno B, che è collegato al campo magnetico esterno nel vuoto H° dalla relazione B = H° + 4πI, dove I rappresenta l’intensità di magnetizzazione del materiale in risposta al campo H°.

Suscettività magnetica e magnetizzazione

La suscettività magnetica per unità di volume di un materiale è rappresentata da k, una costante che caratterizza specificamente il materiale in esame. Questa suscettività può essere trasformata in suscettività molare χM, che indica la suscettibilità per mole della sostanza considerata.

L’importanza della temperatura nella magnetizzazione

Il momento magnetico medio di un materiale è direttamente proporzionale al campo magnetico applicato e inversamente proporzionale alla temperatura. Questo significa che a temperature più basse, il materiale tenderà a magnetizzarsi maggiormente.

Contributi di James Clerk Maxwell

Il famoso fisico scozzese James Clerk Maxwell ha contribuito in modo significativo alla comprensione del magnetismo e agli effetti elettrici e magnetici dell’elettromagnetismo.

La legge di Curie e l’influenza della temperatura sulla magnetizzazione

Secondo la legge di Curie, la suscettibilità paramagnetica molare di una sostanza è inversamente proporzionale alla temperatura assoluta. Questo implica che a temperature elevate, la magnetizzazione del materiale diminuirà.

Conclusioni

La suscettività magnetica è un concetto chiave nell’elettromagnetismo e nella fisica dei materiali, poiché fornisce informazioni preziose sulla risposta di un materiale a un campo magnetico esterno. Comprendere i meccanismi che regolano la magnetizzazione dei materiali è fondamentale per molteplici ambiti scientifici e applicazioni tecnologiche.

Calcolo del Momento Magnetico Efficace in Chimica Fisica

Il momento magnetico efficace μeff di un atomo o di una molecola può essere calcolato attraverso espressioni matematiche che coinvolgono parametri come il numero di elettroni spaiati e il momento angolare di spin.

# Calcolo del Momento Magnetico da χM

Partendo da misurazioni sperimentali di χM, è possibile ottenere il momento magnetico in magnetoni di Bohr (BM) di un singolo atomo o molecola. In particolare, μeff(BM) può essere calcolato utilizzando l’equazione:

μeff(BM) = √3kT χM/β²NA

# Relazione tra Momento Magnetico e Elettroni Spaiati

Il momento magnetico effettivo di un atomo o di una molecola è strettamente legato al numero di elettroni spaiati presenti. Ad esempio, per un atomo o molecola isolati, il momento magnetico efficace associato al momento angolare di spin è determinato da:

μeff = √4S(S+1)

dove S rappresenta il massimo dei numeri quantici di spin ∑ms. Per un elettrone spaiato con ms = S = ½, il momento magnetico è di 1.73 BM. Mentre per due elettroni spaiati con ∑ms = + ½ + ½ = 1 = S, il momento magnetico è di 2.83 BM.

# Inclusione del Momento Angolare Orbitale

Considerando anche il momento angolare orbitale e il momento magnetico ad esso associato, il momento magnetico complessivo è dato da:

μeff = √4S(S+1) + L(L+1)

dove L rappresenta il massimo della risultante dei numeri quantici magnetici ∑ml.

Nelle configurazioni elettroniche in cui il momento angolare orbitale è nullo, come ad esempio in p³, d⁵, f⁷ con spin parallelo, gli elettroni s non possiedono momento angolare orbitale né magnetico. Nei casi in cui il momento orbitale non è nullo, i valori sperimentali dei momenti magnetici possono differire da quelli calcolati a causa dell’interazione tra i momenti angolari orbitali negli atomi legati.

Per ulteriori approfondimenti sulla chimica fisica e i numeri quantici, puoi consultare il seguente articolo: [Energia Quantizzata e Numeri Quantici](https://chimica.today/chimica-fisica/energia-quantizzata-e-numeri-quantici/).