자기: 정의, 유형, 속성 및 작동 방식 (예제 포함)

자석. 당신은 그것들을 냉장고에 가지고 있고, 어린 시절에 그것들을 가지고 놀았으며, 나침반 바늘이 지구의 자기 북극을 가리키고있을 때 나침반을 손에 들고있었습니다. 그러나 그들은 어떻게 작동합니까? 이 자기 현상은 무엇입니까?

자성은 기본적인 전자기력의 한 측면입니다. 자석이나 자성 물체와 관련된 현상과 힘을 설명합니다.

모든 자기장은 전하를 이동하거나 전기장을 변경하여 생성됩니다. 이것이 전기와 자기 현상을 총칭하여 전자기학이라고하는 이유입니다. 그들은 정말로 하나이고 동일합니다!

모든 물질 내에서 원자는 전자를 포함하고 이러한 전자는 원자핵 주위에 구름을 형성하며 전체 운동은 소형 자기 쌍극자를 생성합니다. 그러나 대부분의 재료에서 이러한 미니 자석의 방향의 무작위 분포로 인해 필드가 상쇄됩니다. 강자성 재료는 예외입니다.

철, 망간, 마그네타이트 및 코발트를 포함한 많은 재료가 자기 현상을 나타냅니다. 이들은 영구 자석으로 존재하거나 상자 성일 수 있습니다 (즉, 자성 물질에 끌리지 만 영구 자석 자체는 유지하지 않음). 전자석은 철과 같은 물질에 감긴 와이어를 통해 전류를 통과시켜 생성됩니다 (또는 이동 전하가있는 상황에서).

자성 재료는 재료의 어느 부분이 함께 모이 느냐에 따라 서로 끌어 당기거나 서로 밀어 낼 수 있습니다.

전기력과 중력과 마찬가지로 서로 자기력을 발휘하는 물체는 주변에 자기장을 생성합니다. 예를 들어 막대 자석은 주변 공간에 자기장을 생성하여 다른 자석이나 강자성 물질이 해당 자기장에 들어 오면 결과적으로 힘을 느끼게됩니다.

자기장을 시각화하는 한 가지 방법은 철 파일링을 사용하는 것입니다. 철제 파일링은 자석 주위에 뿌렸을 때 외부 자기장 선에 정렬되어 시각화 할 수있는 작은 철 조각입니다.

자기장 강도와 관련된 SI 단위는 테슬라입니다.

자기장 강도와 관련된 또 다른 일반적인 단위는 가우스입니다.

1 가우스 = 1G = 10^-4 티

다양한 유형의 자기가 있습니다.

​상자성자석에 약하게 끌릴 수 있지만 영구 자기장 자체를 유지하지 않는 특정 재료를 설명합니다. 외부 필드가있는 경우 정렬되는 내부 유도 자기장을 형성합니다. 이것은 전체적으로 자기장의 일시적인 증폭을 초래할 수 있습니다. 일부 보석을 포함하여 다양한 유형의 상자성 재료가 있습니다.

​반자성모든 재료가 나타내는 특성이지만, 일반적으로 비자 성이라고 생각하는 재료에서 가장 분명합니다. 반자성 물질은 자기장에 의해 매우 약하게 반발됩니다. 영구 자석 및 상자성 재료에서 반자성의 영향은 무시할 수 있습니다.

​전자기학전류가 전선을 통과 할 때 발생합니다. 철이 외부 필드와 정렬되는 자체 자기장을 생성하므로 그 와이어를 철 막대에 감아 효과를 증폭시킬 수 있습니다. 이러한 형태의 자기는 전자의 운동이 자기장을 생성한다는 사실의 직접적인 결과입니다. (다시 말하지만, 전기와 자기는 동일한 기본 물리적 특성의 양면입니다!)

​강자성강자성 재료라고하는 특정 재료가 영구 자석을 형성하는 방법을 설명합니다. 이에 대해서는 다음 섹션에서 자세히 설명합니다.

자석에 강하게 끌리는 물질을 강자성이라고합니다. 철은이 유형의 가장 일반적인 재료입니다. (라틴어 접두사 이후페로- "철"을 의미합니다.)

강자성 물질은 자기 영역이라고하는 것을 가지고 있습니다. 즉, 자석과 비슷하지만 방향이 다른 영역으로 전체 효과가 상쇄되고 일반적으로 자석처럼 작동하지 않습니다. 그러나 이러한 물질이 자기장에 배치되면 도메인 정렬이 발생할 수 있으므로 그것들은 모두 같은 방향으로 정렬되어 있기 때문에 (종종 일시적으로) 자석처럼됩니다. 그들 자신.

강자성 물질에는 광석, 철, 니켈, 코발트 및 네오디뮴을 포함한 다양한 희토류 물질이 포함됩니다.

막대 자석은 자성 물질의 직사각형 또는 원통형 막대입니다. 막대 자석의 끝은 북극과 남극입니다. 이들은 두 가지 유형의 자극이며, 양전하와 음전하가 전기력을 통해 상호 작용하는 방식과 유사한 방식으로 자기력을 통해 서로 상호 작용합니다.

막대 자석은 자기 쌍극자입니다. 그들은 전기 쌍극자와 유사한 거리로 분리 된 반대 극을 가지고 있습니다. 그러나 한 가지 주요 차이점은 자석을 사용하면 전하로 가질 수있는 모노폴 (격리 된 극)을 가질 수 없다는 것입니다. 자석은 항상 쌍극자로 존재하며 그 자체로는 북극 또는 남극으로 존재하지 않습니다. (극을 분리하기 위해 막대 자석을 반으로 자르면 두 개의 작은 쌍극 자석으로 끝납니다!)

아시다시피 지구에는 자기장이 있습니다. 이를 통해 사람들은 나침반을 사용하여 극과 관련하여 향하고있는 방향을 결정할 수 있습니다. 자기 나침반은 자유롭게 움직일 수 있고 외부 필드와 정렬 할 수있는 작은 자석으로 구성됩니다. 나침반 바늘의 빨간색 끝은 북쪽을 가리 킵니다. 지구의 자기장은 거대한 막대 자석처럼 작동합니다. 이 가상 막대 자석은 자석의 북쪽 끝이 지구의 남극에 있고 자석의 남쪽 끝이 지구의 북극에 있도록 방향이 지정되어 있습니다.

지구의 자기장은 또한 대부분의 장소에서 지구 표면과 평행하지 않습니다. 딥 니들을 사용하여 지구 자기장의 편각을 결정할 수 있습니다. 먼저 바늘의 방향을 수평으로 맞추고 지구의 자북에 맞 춥니 다. 그런 다음 수직으로 돌려서 딥 각도를 관찰하십시오. 극에 가까울수록 각도가 커집니다.

지구의 자기장은 자기권이라고하는 행성을 둘러싼 공간 영역을 만듭니다. 자기권은 본질적으로 지구 축에 가깝게 정렬 된 매우 큰 막대 자석의 자기장처럼 보이지만 자기권은 하전 된 입자와 상호 작용할 때 변형 될 수 있습니다.

자기권은 하전 입자를 포함하는 태양풍으로부터 우리를 보호합니다. 이 입자와 자기장 선 사이의 상호 작용은 오로라를 발생시킵니다.

자기 현상은 모든 종류의 일상적인 응용 분야에서 사용됩니다.

전자기 현상은 발전기에서 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환 할 수있게합니다. 발전기는 기계적 수단을 사용하여 터빈 (바람이 부는 바람 또는 흐르는 물)을 회전시켜 와이어 코일에 대한 자기장을 변화시켜 전류를 흐르게합니다.

전기 모터는 본질적으로 전기 발전기와 반대이며 전자기를 사용하여 전기 에너지를 기계 에너지로 변환합니다. 파워 드릴, 믹서 또는 전기 차량.

산업용 전자석은 매우 강한 자기장이있는 거대한 자석으로 고 철장에서 오래된 차량을 픽업 할 수 있습니다.

MRI 기계는 강한 자기장을 사용하여 내부 이미지를 생성하고 의사가 모든 질병을 진단 할 수 있도록합니다.