물질의 자성 자성 – 물질이 자석에 반응하는 성질 자성의 원인 1. 운동하는 전자에 의한 자기 2. 원자 내 전자의 궤도운동으로 인한 자기 3. 전자의 자전운동(spin)으로 인한 자기 출처-http://thesymbiont.blogspot.kr/2012/04/how-magnets-work.html spin 이 반대인 전자와 짝으로 존재 → 자기 상쇄 But, Fe,Co,Ni 등 spin 에 의한 자기상쇄 x → magnetic dipole(자기쌍극자) 자성이 나타나는 경우 1. 원자 내 반대 궤도운동을 하는 전자 존재 x 2. 짝을 이루어 spin 이 반대인 전자 x ▶ ‘원자자석’효과 ( for 외부 자기장 → 자석 효과) (물질 내에서 자석의 역할을 하는 하나 하나의 원자) 자기화(자화) – magnetization : 외부 자기장의 영향으로 원자자석들이 일정한 방향으로 정렬 자성체(magnetic material) – 자성을 지닌 물질 or 외부 자기장 내에서 자기화 되는 물질 1. 강자성체(ferromagnetic material) 2. 상자성체(paramagnetic material) 3. 반자성체(diamagnetic material)
물질의 자성 1. 강자성체(ferromagnetic material) - 외부 자기장에 대해 강하게 자화 ( if no 외부자기장 then, 자기화 상태를 오래 유지) ex) Fe, Ni, Co 2. 상자성체(paramagnetic material) - 외부 자기장에 대해 약하게 자화 ( if 외부자기장 제거 then, 원래의 자기화 상태를 회복) ex) paper, Al(Aluminium), W(tungsten), Mg(Magnesium), liquid oxygen, Pt(Platinium) 3. 반자성체(diamagnetic material) - 외부 자기장에 대해 반대 방향으로 자화 ( for large 외부자기장 then, repulsive(척력) 작용) ex) Cu(Copper), glass, plastic, 수소(hydrogen), water 고유의 자기쌍극자 x (전자운동에 대한 자기작용이 상쇄
물질의 자성 초전도체(superconductor) - 극 저온에서 전기저항이 0 에 가까와지는 물질 ex) 니오븀(Ni) 합금 – NbTi, NbSn - 임계온도(critical temperature) ~ 4.2 K Hg(1911 Onnes) 30 K ceramic series (1986) 97 K (1987) 150 K (recently) - 금속 안 전자들이 반발력을 이기면서 생긴 쌍의 방향성 : 한 덩어리로 행동(R→0) 마이스너효과 (Meissner effect) - 외부자기장에 대해 반자성을 지니며 내부 자기장이 0 - 초전도체 위에 자석을 놓으면 자석이 공중에 뜨는 현상 네오디뮴(neodymium) 자석 - Nd, Fe, B 영구자석 - 부식 - 온도가 높으면 자성을 잃음
물질의 자성 강자성체의 자기이력곡선(magnetic hysteresis) A B C O F D OA : 외부 자기장 증가 → 자화 증가 (A : 포화 자화) AB : 외부 B 제거시 남아있는 자화 OB : 잔류자기 – 시간에 따라 줄어드나 영구자석으로 남기도 함 BC : 외부 자기장을 반대로 하면 → 자화 zero OC : 보자력 CD : 반대 B 증가시 → D 에서 포화 출처 - http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html ※ 잔류자기, 보자력 large – area 증가 영구자석 , 녹음테이프 small – 교류전압기의 철심 전동기 재료