Suszeptibilität

Das Wort Suszeptibilität entstammt dem Lateinischen: susceptibilitas‘ für Übernahmefähigkeit‘ und beschreibt eine physikalische Größe ohne Einheit, mit der die Magnetisierbarkeit von Materie innerhalb der magnetischen Flussdichte angegeben werden kann – kurz gesagt, sie beschreibt in der Physik die magnetische Polarisation. Sie drückt sich als stoffcharakteristische Proportionalitätskonstante aus, die Aufschluss über das Verhältnis der Magnetisierung zur magnetischen Feldstärke gibt.

In manchen Fällen hängt sie von anderen Parametern ab wie z.B.

  • Ort oder Frequenz des Magnetfeldes
  • der vorhergehenden Magnetisierung

Die Suszeptibilität wird mit dem griechischen Buchstaben χ abgekürzt. Sie ähnelt der Permeabilität. Während diese sich auf das ganze unter dem Einfluss einer polarisierenden Materie stehenden Feld bezieht, beschreibt die Suszeptibilität stattdessen den magnetischen Fluss und mit welchem Erfolg dieser ein Material durchdringt.

Wie lässt sich die magnetische Suszeptibilität bestimmen?

Bei der Definition der Suszeptibilität sollte man zunächst einen Blick auf die Ableitung werfen. Am gebräuchlichsten ist die magnetische Volumen-Suszeptibilität χ. Diese gibt die Proportionalität zwischen der Magnetisierung und der magnetischen Feldstärke an:
oder allgemeiner

i und j sind dabei die Komponenten der räumlichen Orientierung. So werden die verschiedenen Richtungen berücksichtigt, in die Magnetisierung und Magnetfeld zeigen können.

Wie kann die Suszeptibilität bei der Klassifizierung magnetischer Materialien helfen?

Jeder bekannte Stoff reagiert zu einem gewissen Grad auf ein externes magnetisches Feld. Aus diesem Grund unterscheidet man in der Regel Stoffe ohne magnetische Ordnung anhand der Suszeptibilität zwischen Paramagnetismus und Diamagnetismus:

  • Diamagneten (< 0): Nach der Lenzschen Regel wollen diamagnetische Stoffe ihr inneres Magnetfeld verdrängen, sodass sie sich in die Richtung eines externen Magnetfelds magnetisieren (Negative Suszeptibilität). Sie sind temperaturunabhängig. Eine Ausnahme bilden Supraleiter ( = -1). Beispiele für Diamagneten wären Wasserstoff, Edelgase, Kupfer und Blei.
  • Paramagneten (>0): Bei paramagnetischen Stoffen richten sich die magnetischen Momente in externen Magnetfeldern aus und verstärken damit ihr inneres Magnetfeld. Magnetisierung und Suszeptibilität sind positiv. Die Temperaturabhängigkeit wird mit Hilfe der magnetischen Suszeptibilität (auch Curie-Konstante genannt) berechnet. Beispiele für Paramagneten sind Aluminium, Natrium und Sauerstoff.
Festkörper mit magnetischer Ordnung werden von Magnetfeldern stark beeinflusst. Während ab einer gewissen Temperatur paramagnetische Effekte erkennbar werden, ergeben sich bei Ferromagneten, Ferrimagneten und Antiferromagneten in Bezug auf ihre Suszeptibilität spezielle Änderungen:
  • Ferromagnetismus: Die magnetischen Momente von Ferromagneten richten sich in stark verstärkender Art parallel zum äußeren Magnetfeld aus. Sie sind komplett magnetisierbar. Beispiele für Ferromagneten sind α-Eisen, Kobalt und Nickel.
  • Ferrimagnetismus: Die Suszeptibilität hängt hier von der vorhergehenden Magnetisierung ab. Die antiparallele Ausrichtung ihrer magnetischen Momente sorgt für einen unterschiedlichen Betrag und damit für eine spontane Magnetisierung. Beispiele für Ferrimagnete sind Magnetit ().
  • Antiferromagnetismus: Antiferromagnete sind magnetisch anisotrop, d.h. ihre Suszeptibilität steht im Zusammenhang mit der Orientierung des Festkörpers im Magnetfeld. Liegt dieses in einer Ebene mit den magnetischen Momenten, sind Suszeptibilität und Temperatur näherungsweise linear. Bei senkrechter Ausrichtung ist sie temperaturabhängig. Beispiele für Antiferromagnete sind Mangan und Chrom.

Ferrimagneten und Ferromagneten können als Permanentmagnete verwendet werden, da nach Abschalten des äußeren Magnetfeldes eine Restmagnetisierung übrigbleibt. Weichmagneten weisen eine Suszeptibilität auf, die sich der Permeabilität annähert. Aus diesem Grund kann man sie ohne Probleme ummagnetisieren. Sie sind optimal für den Einsatz in Generatoren und Transformatoren geeignet.


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