Techniklexikon

Curie-Gesetz

Gesetz über die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität paramagnetischer Materialien, das 1895 von P. Curie experimentell entdeckt wurde (Paramagnetismus). c_m ist demnach umgekehrt proportional zur Temperatur T:_c_m = C/T_(C: Curie-Konstante). Das Curie-Gesetz gilt im Grenzfall kleiner Magnet-Felder und hoher Temperaturen. Für Ferromagnetika gilt oberhalb der Curie-Temperatur T_C ein ähnliches Gesetz, das Curie-Weiss\'sche Gesetz: c_m = const./(T - T_C) (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 m_mol, deren Ausrichtung in Richtung eines äusseren Magnetfeldes B_ext die thermische Bewegung entgegenwirkt. Hieraus folgt für die Suszeptibilität

(mit n: Anzahldichte der Dipole, k_B: 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 M_s = nm_mol formulieren: . Dabei ist die Grösse (m_molB_ext/k_BT) das (dimensionslose) Verhältnis zwischen der magnetischen Maximalenergie eines Dipols im äusseren Feld und seiner thermischen Energie. Für die elektrische Suszeptibilität c_e gilt ganz analog  (e_r: Dielektrizitätszahl, Dielektrizitätskonstante, p_mol: molekulares elektrisches Dipolmoment). [MD,TV]