Функции Бриллюэна и Ланжевена представляют собой пару специальных функций , которые появляются при изучении идеализированного парамагнитного материала в статистической механике.

Функция Бриллюэна Функция БриллюэнаЧ. Киттель. Введение в физику твердого тела. — М.: Наука, 1978. — С. 522 - это специальная функция, которая определяется следующим уравнением: Функция обычно применяется (см. ниже) в контексте, где х является действительной переменной и J является положительным целым или полуцелым числом. В этом случае функция изменяется от -1 до 1, достигая +1, при  и -1 при .

Функция чаще всего применяется при расчете намагниченности идеального парамагнетика. В частности, она описывает зависимость намагниченности  от приложенного магнитного поля  и полного углового момента J состоящего из микроскопических магнитных моментов материала. Намагниченность дается формулой:

где - число атомов в единице объема,  - g-фактор,  - магнетон Бора, - отношение Зеемановской энергии магнитного момента во внешнем поле к тепловой энергии :

-  постоянная Больцмана и температура. Отметим, что в системе единиц Си индукция магнитного поля  измеряется в теслах, , где напряженность магнитного поля в А/м и  - проницаемость вакуума.

Функция Ланжевена В классическом пределе, моменты могут непрерывно выстроиться по полю и  может принимать все значения (). В этом пределе функция Бриллюэна превращается в функцию Ланжевена, названную в честь Поля Ланжевена: Для малых значений , функция Ланжевена может быть разложена в ряд Тейлора:

Альтернативная аппроксимация может быть получена из непрерывной дроби Ламберта разложения :

При достаточно малых , обе аппроксимации численно лучше, чем прямая оценка аналитического выражения, поскольку последняя страдает от потери значимости.

Высокотемпературный предел При  т. е. когда мало, намагниченность можно аппроксимировать законом Кюри:

где   - константа. Можно отметить, что  - эффективное число магнетонов Бора.

Предел высоких полей При  функция Бриллюэна переходит в 1. Намагниченность насыщается и магнитные моменты полностью выстраиваются по направлению приложенного поля:

Ссылки

Категория:Магнетизм