Парамагнетики — вещества, имеющие не скомпенсированный собственный магнитный момент микрочастиц, составляющих атом (молекулу). Парамагнитные свойства проявляются у следующих классов физических объектов:

• атомы (молекулы), у которых нечетное число электронов, в этом случае суммарный спин системы не может быть равен нулю;
• свободные атомы и ионы с незаполненной внутренней электронной оболочкой;
• некоторые соединения с нечетным числом валентных электронов.

В отсутствие внешнего магнитного поля $\vec B$ магнитные моменты отдельных атомов (молекул) парамагнетиков ориентированы равновероятно по всем направлениям. Вследствие теплового движения направление магнитных моментов непрерывно меняется, но результирующий средний магнитный момент парамагнитного тела в отсутствие внешнего магнитного поля всегда равен нулю.

При наложении внешнего, однородного магнитного поля возникнут силы, ориентирующие магнитный момент каждого атома по направлению вектора $\vec B$. В зависимости от ориентации магнитного момента атом будет иметь различную магнитную энергию: $$U=-(\vec m\vec B)=mB\cos \alpha ,$$ где $\alpha$ — угол между направлением магнитного момента $\vec m$ и вектором магнитного поля $\vec B$. Минимальное значение энергии будет при параллельной ориентации векторов $\vec m$ и $\vec B$. Этой ориентации противодействует хаотическое тепловое движение равное $кТ.$ В результате установится некоторый результирующий магнитный момент, и тело окажется намагниченным. При комнатной температуре, не очень сильных магнитных полях и в предположении, что между атомами отсутствует взаимодействие, намагниченность равна $$\vec M=\frac{Nm^{2} }{3kT} \vec H,$$ $N$ — число атомов в единице объема, $k$ — постоянная Больцмана.

(Поскольку эффекты диамагнетизма и парамагнетизма малы, то в формуле вектор $\vec B$ заменен на вектор $\vec H$).

Из полученного соотношения следует, что в слабых магнитных полях намагниченность парамагнетика:

• положительна;
• пропорциональна намагничивающему полю (см. рис. 3);
• обратно пропорциональна температуре (рис. 4).

При очень большом намагничивающем поле и низких температурах, когда все магнитные моменты выстраиваются по направлению вектора $\vec H$ и намагниченность достигает предельного значения, наступает так называемое магнитное насыщение.

С повышением температуры, при неизменном внешнем поле, возрастает дезориентирующая роль теплового движения молекул и намагниченность, а также магнитная восприимчивость убывает. Зависимость магнитной восприимчивости парамагнетиков от температуры описывается законом Кюри $$\chi =\frac{Nm^{2} }{3kT} =\frac{C}{T} ,$$ где $С = \frac{Nm^{2}}{3k}$ — константа Кюри; $Т$ — абсолютная температура (температура, отсчитываемая от абсолютного нуля). Обратная магнитная восприимчивость линейно зависит от температуры, при этом угол наклона определяется величинами $N$ и $\vec m.$

Имеются парамагнетики, для которых магнитная восприимчивость очень слабо зависит от температуры (щелочные металлы) и с аномальной температурной зависимостью (титан, цирконий и др.).

Магнитная восприимчивость парамагнетиков мала, но в отличие от диамагнетиков всегда имеет положительные значения (см. прил. табл. П1), поэтому парамагнетики втягиваются в область сильного магнитного поля.

К парамагнетикам относятся газы О${}_{2}$ и О, соли железа, кобальта, никеля, щелочные металлы, а также металлы магний, кальций, алюминий, хром, марганец и др.