キュリーの法則
常磁性物質においては、 その物質の磁化は、(ほぼ)かけられた磁場に正比例する。しかし、もし物質が熱せられていると、この線形性は消失する: 一定の磁場については、磁化は(ほぼ)温度に反比例する。この事実はキュリーの法則(英語: Curie's law)にまとめられる:
M = C B T {\displaystyle {\boldsymbol {M}}=C{\frac {\boldsymbol {B}}{T}}}
ここで
M {\displaystyle {\boldsymbol {M}}} は発生する磁化
B {\displaystyle {\boldsymbol {B}}} は磁場(単位はテスラ)
T {\displaystyle T} は絶対温度(単位はケルビン)
C {\displaystyle C} は物質固有のキュリー定数。
また、磁化率 χ {\displaystyle \chi } を用いて以下のように書くこともできる。
χ = C T {\displaystyle \chi ={\frac {C}{T}}}
この関係は1895年にピエール・キュリーにより(実験結果が想定されるモデルに適合するように調整されつつ)実験的に発見された。その後、ポール・ランジュバンが理論的に導出した(以下を参照)。そのため、キュリー・ランジュバンの法則とも呼ばれる。
この法則は高温または弱い磁場についてのみ成り立つ。以下で導く通り、低温または強磁場のような反対側の極限では磁化は飽和する。
なお、強磁性体や反強磁性体では、キュリーの法則を拡張したキュリー・ワイスの法則が(ほぼ)成り立っている。
単純な常磁性体のモデルとして、互いに相互作用をしない粒子で構成されている物質を考える。それぞれの粒子は μ {\displaystyle {\boldsymbol {\mu }}} で与えられる磁気モーメントをもつ。磁場中における磁気モーメントのエネルギーは以下で与えられる。
E = − μ ⋅ B {\displaystyle E=-{\boldsymbol {\mu }}\cdot {\boldsymbol {B}}}