물질의 자기적 성질 맥스웰 방정식 지구의 자기장 지자기 현상의 근원 = 지구의 자기쌍극자 모멘트 지구의 자기쌍극자 모멘트 크기 방향 지구 회전축에 대해 11.5º 기울어짐 지자기장의 방향 편각(declination): 진북방향에 대한 지자기의 방향 복각(inclination): 수평면에 대한 지자기의 기울기 (시간에 따라서 달라짐)
자성과 전자 물질의 자기 쌍극자 모멘트 = ∑ 전자의 자기쌍극자 모멘트 물질의 자기적 성질 물질의 자기 쌍극자 모멘트 = ∑ 전자의 자기쌍극자 모멘트 물질의 자기적 성질 전자의 자기쌍극자 모멘트 ∝ 전자의 각운동량 전자의 각운동량 = 스핀 각운동량 + 궤도 각운동량 전자의 스핀 각운동량에 의한 자기쌍극자 모멘트 스핀 자기 쌍극자 모멘트 μ스핀 와 스핀 각운동량 s 의 관계 스핀 각운동량: s 어느 한 축 방향의 성분(sz) 만 온전히 잴 수 있다. sz 의 양자화: 스핀 자기 쌍극자 모멘트의 z축 성분 : μ스핀 보어 마그네톤
전자의 궤도 자기 쌍극자 모멘트 μ궤도 와 궤도 각운동량 L궤도 의 관계 L궤도 의 한 축 방향의 성분(L궤도,z )만 잴 수 있다. 양자화: 궤도 자기 쌍극자 모멘트 μ궤도 의 z 축 성분 -
자성물질 물질의 자기적 성질에 따른 분류 상자성 각 원자는 자기 쌍극자 모멘트가 있음: 기본특성 자기장이 없으면 μ원자 의 배향이 무질서: 자기장 B바깥이 있으면 μ원자 가 정렬됨: 자화밀도 M ≡ 측정된 자기쌍극자모멘트/부피 자화밀도의 온도변화 (큐리의 법칙)
강자성 기본특성 ① 교환결합(exchange coupling) 상호작용에 의한 전자스핀의 정렬 ② 온도가 문턱값(Curie 온도)을 넘으면 교환결합의 효과가 사라짐 (강자성 ⇒ 상자성: 철의 큐리 온도 1043K = 770℃) 자구(Magnetic Domain) 자기이력(Hysteresis) 자기장을 없앤 뒤에도 유도된 자기 쌍극자 모멘트가 남아있는 현상 강자성 물질에서 전자스핀이 균일한 영역
표본문제 길이 3.0 cm, 폭 1.0 mm, 두께 0.50 mm 인 순철 나침반 바늘이 있다. 바늘을 이루는 원자의 10% 가 고르게 정렬되어 있다면 바늘의 자기 쌍극자 모멘트 μ 는? 철원자의 자기 쌍극자 모멘트: 철의 밀도: 풀이 전체 원자의 수를 N 이라 하면 μ 는
유도된 자기장 변위전류 전기장과 자기장의 대칭성 파라데이의 유도법칙 자기장의 시간적 변화 ⇒ 전기장 맥스웰의 유도법칙 전기장의 시간적 변화 ⇒ 자기장 (??) 암페어 법칙 전류 ⇒ 자기장 암페어-맥스웰 법칙 = 암페어 법칙 + 맥스웰의 유도법칙 전류 또는 전기장의 시간적 변화 ⇒ 자기장
변위전류 (Displacement current) 정의 암페어-맥스웰 법칙 축전기 충/방전 과정에서의 전류와 전극 사이의 공간의 변위전류 전극에 충전된 전하 q 와 전극 사이의 공간의 전기장 플럭스 전류와 전극 사이의 공간의 변위전류
맥스웰 방정식 전기장과 자기장에 관한 네 개의 방정식 전기장에 관한 가우스 법칙 전하는 주위의 공간에 전기장을 만듦 자기장에 관한 가우스 법칙 자기장을 만드는 점원 (point source) 은 없음 파라데이 유도 법칙 자기장이 시간에 따라 변화하면 전기장이 생김 암페어-맥스웰 법칙 전류가 흐르거나 전기장이 시간에 따라 변화하면 자기장이 생김