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Paramagnetismus

Neben dem Diamagnetismus und dem Ferromagnetismus gibt es noch eine weitere, spezielle Form des Magnetismus: Den sogenannten Paramagnetismus. Dabei handelt es sich um Stoffe, die ohne ein äußeres Magnetfeld keinerlei messbare Magnetisierung aufweisen. Wenn ein äußeres Magnetfeld herangeführt wird, magnetisiert sich das Material allerdings spürbar und verstärkt sein inneres Magnetfeld. Typische Beispiele für den Paramagnetismus aus der Chemie sind flüssiger Sauerstoff, Platin oder Chrom.

Wie kommt es zum Paramagnetismus?

Paramagneten besitzen von sich aus keine magnetische Ordnung, also keine einheitliche Ausrichtung der magnetischen Momente. Bei der Wegnahme des äußeren Magnetfelds wird die erzeugte Ausrichtung wieder aufgelöst, da sich die magnetischen Momente aufgrund von Wärmebewegungen sofort zufällig ausrichten.

Physikalische Betrachtung des Paramagnetismus

Das gemeinsame Merkmal paramagnetischer Stoffe besteht darin, dass deren magnetische Permeabilität μ_r stets größer 1 und die Suszeptibilität

beträgt. Je größer die Suszeptibilität eines Stoffes, desto einfacher ist es, ihn zu magnetisieren. Diese Größe zur Magnetisierbarkeit von Materie ist logischerweise eng verknüpft mit der Eigenschaft, wie sich Materie in einem äußeren Magnetfeld verhält. Die Magnetisierung M eines Stoffes verhält sich proportional zum äußeren Magnetfeld H:

Paramagneten besitzen einerseits ungepaarte Elektronen, andererseits aber trotzdem Atome mit magnetischen Momenten, d.h. die Ursache liegt im Elektronenspin. Die magnetischen Momente richten sich bei Einwirken eines äußeren Magnetfelds in Richtung der magnetischen Feldlinien aus, verbleiben aber immer an ihrer Position – vergleichbar mit vielen kleinen fixierten Stabmagneten.

Temperaturabhängigkeit bei Paramagnetismus

Bei Zimmertemperatur sind die magnetischen Momente willkürlich ausgerichtet, da die Wärmeenergie größer ausfällt, als jene Energie, die zum Umklappen der Elektronenspins benötigt werden würde. Interessanterweise können Paramagneten bei tiefen Temperaturen allerdings einen gewissen Ordnungszustand auch ohne äußeres Magnetfeld erlangen.

Auf der anderen Seite sind es die Ferromagneten, die oberhalb ihrer Curietemperatur paramagnetisches Verhalten aufweisen. Solche Phänomene werden mit sogenannten Phasenübergängen (Thermodynamische Übergänge) beschrieben. Daraus folgt, dass sich die magnetische Suszeptibilität von Paramagneten nach der Curie-Konstante umgekehrt proportional zur Temperatur verhält.