不同物质的磁化率各不相同,那么在同一外磁场的作用下,产生的磁化强度也不相同。根据磁化率的不同特点可将物质分为三大类。
1.逆磁性物质
磁化率为负(κ<0)的物质称作逆磁性(又称反磁性或抗磁性)物质。它们的负磁化率一般很小(κ≈10-5SI)。所有的惰性气体及一些金属和非金属如,蒸馏水、酒精、煤油、金、银、硫等都属此类。
2.顺磁性物质
具有正磁化率(κ>0)的物质称顺磁性物质。许多稀土金属和铁族盐类均属此类。
顺磁性物质的磁化率与绝对温度成反比,此现象由居里所发现,故称居里定律。逆磁性物质与顺磁性物质的磁性很小,全是弱磁性,其磁化率一般在10-7~10-5SI之间。
3.铁磁性物质
铁磁性物质的磁化率是正的(和顺磁性物质相同),且比顺磁性物质大万倍以上,有时超过10SI,并且和温度及外加磁场的强度有关。这类物质不多,只有铁、钴、镍、钆及其合金。
铁磁性物体内,包含多个磁畴。每个磁畴中又包含数百亿甚至数千个原子,这些原子磁矩的相互作用和成行排列所延伸的区域体积大约为10-6(mm)3。根据每个磁畴内原子磁矩排列的方向及大小又分为铁磁性物质、亚铁磁性物质和反铁磁性物质(图6-6)。
图6-6 原子磁矩在磁畴中的排列示意图
铁磁性物质:如铁、钴、镍,磁畴内,原子磁矩平行排列在两个相等的亚晶格内。
亚铁磁性(又称铁淦氧磁性)物质:如磁铁矿、钛磁铁矿,原子磁矩反平行排列在两个互不相等的亚晶格内,结果有一个净剩的磁矩。所以具有较大的磁化率和剩余磁化强度。
反铁磁性物质:如赤铁矿,其原子磁矩反平行排列在两个相等的亚晶格内,因此通常没有净剩磁矩。故磁化率很小,但具有很大的矫顽磁力。
铁磁性和亚铁磁性物质的自发磁化强度随着温度增加而减小,并在“居里温度”上消失。如磁铁矿的居里温度约为580℃,铁为798℃,镍为390℃,钴为1150℃。而反铁磁性物质当温度升高时,开始一个亚晶格变成无序,引起磁化率相应的增大,当温度再增加,磁化率下降并在居里温度上失去有序的磁矩,高于居里温度晶格就由反铁磁性变成顺磁性了。
虽然真正的铁磁性物质常见于地球之外的含大量铁镍合金的岩石、陨石和月球标本中,但是大多数自然存在的磁性矿物,就其性质而言,不是亚铁磁性的就是不完全反铁磁性的。今后将在广义上使用铁磁性这个词,以便包括决定岩石磁性主要因素的上述各类磁性矿物。