자석은 신비스러워 보입니다. 보이지 않는 힘은 자성 물질을 함께 당기거나 하나의 자석을 뒤집어서 밀어냅니다. 자석이 강할수록 인력이나 반발력이 강해집니다. 그리고 물론 지구 자체는 자석입니다. 일부 자석은 강철로 만들어졌지만 다른 유형의 자석이 있습니다.
TL; DR (너무 긴; 읽지 않음)
자철광은 천연 자성 광물입니다. 회전하는 지구 코어는 자기장을 생성합니다. 알 니코 자석은 알루미늄, 니켈 및 코발트와 소량의 알루미늄, 구리 및 티타늄으로 만들어집니다. 세라믹 또는 페라이트 자석은 산화철과 합금 된 산화 바륨 또는 산화 스트론튬으로 만들어집니다. 두 개의 희토류 자석은 사마륨 코발트이며, 여기에는 미량 원소 (철, 구리, 지르콘) 및 네오디뮴 철 붕소 자석과 사마륨-코발트의 합금이 포함되어 있습니다.
자석 및 자기 정의
자기장을 생성하고 다른 자기장과 상호 작용하는 모든 물체는 자석입니다. 자석에는 양극 또는 극과 음극 끝 또는 극이 있습니다. 자기장의 선은 양극 (북극이라고도 함)에서 음극 (남)으로 이동합니다. 자기는 두 자석 사이의 상호 작용을 나타냅니다. 반대쪽이 끌 리므로 자석의 양극과 다른 자석의 음극이 서로 끌립니다.
자석의 종류
영구 자석, 임시 자석 및 전자석의 세 가지 일반적인 유형의 자석이 있습니다. 영구 자석은 장기간에 걸쳐 자기 품질을 유지합니다. 임시 자석은 자성을 빨리 잃습니다. 전자석은 전류를 사용하여 자기장을 생성합니다.
영구 자석
영구 자석은 오랫동안 자기 특성을 유지합니다. 영구 자석의 변화는 자석의 강도와 자석의 구성에 따라 달라집니다. 변화는 일반적으로 온도의 변화로 인해 발생합니다 (일반적으로 온도 상승). 퀴리 온도로 가열 된 자석은 원자가 자기 효과를 일으키는 구성에서 벗어나기 때문에 영구적으로 자기 특성을 잃습니다. 발견 자 Pierre Curie의 이름을 딴 퀴리 온도는 자성 물질에 따라 다릅니다.
자연적으로 발생하는 영구 자석 인 마그네타이트는 약한 자석입니다. 더 강력한 영구 자석은 Alnico, 네오디뮴 철 붕소, 사마륨-코발트 및 세라믹 또는 페라이트 자석입니다. 이 자석은 모두 영구 자석 정의의 요구 사항을 충족합니다.
자철광
자철석 (lodestone)이라고도하는 자철석은 중국 옥 사냥꾼부터 세계 여행자들에 이르기까지 다양한 탐험가들에게 나침반 바늘을 제공했습니다. 미네랄 마그네타이트는 철이 저산소 분위기에서 가열 될 때 형성되어 철 산화물 화합물 Fe가 생성됩니다.3영형4. 자철광의 슬리버는 나침반 역할을합니다. 나침반은 기원전 250 년경으로 거슬러 올라갑니다. 중국에서는 남쪽 포인터라고 불렀습니다.
알 니코 합금 자석
Alnico 자석은 일반적으로 35 % 알루미늄 (Al), 35 % 니켈 화합물로 만든 자석입니다. (Ni) 및 15 % 코발트 (Co), 7 % 알루미늄 (Al), 4 % 구리 (Cu) 및 4 % 티타늄 (Ti). 이 자석은 1930 년대에 개발되었으며 1940 년대에 인기를 얻었습니다. 온도는 인위적으로 만든 다른 자석보다 Alnico 자석에 덜 영향을 미칩니다. 그러나 알 니코 자석은 더 쉽게 감자를 제거 할 수 있으므로 알 니코 바 및 말굽 자석은 자기가 제거되지 않도록 적절하게 보관해야합니다.
Alnico 자석은 특히 스피커 및 마이크와 같은 오디오 시스템에서 다양한 방식으로 사용됩니다. Alnico 자석의 장점은 높은 내식성, 높은 물리적 강도 (칩이 깨지거나 쉽게 깨지지 않음) 및 고온 저항 (최대 섭씨 540도)을 포함합니다. 단점은 다른 인공 자석보다 자기 장력이 약하다는 것입니다.
세라믹 (페라이트) 자석
1950 년대에 새로운 자석 그룹이 개발되었습니다. 세라믹 자석이라고도하는 단단한 육각형 페라이트는 더 얇은 조각으로 절단 할 수 있으며 자기 특성을 잃지 않고 낮은 수준의 자기장에 노출 될 수 있습니다. 그들은 또한 저렴하게 만들 수 있습니다. 분자 육각형 페라이트 구조는 산화철 (BaO ∙ 6Fe)과 합금 된 산화 바륨 모두에서 발생합니다.2영형3) 및 산화철과 합금 된 산화 스트론튬 (SrO ∙ 6Fe2영형3). 스트론튬 (Sr) 페라이트는 자기 특성이 약간 더 좋습니다. 가장 일반적으로 사용되는 영구 자석은 페라이트 (세라믹) 자석입니다. 비용 외에도 세라믹 자석의 장점은 우수한 감자 저항과 높은 내식성을 포함합니다. 그러나 그들은 부서지기 쉽고 쉽게 부서집니다.
사마륨-코발트 자석
사마륨-코발트 자석은 1967 년에 개발되었습니다. 분자 구성이 SmCo 인이 자석5, 최초의 상업용 희토류 및 전이 금속 영구 자석이되었습니다. 1976 년에 분자 구조가 Sm 인 미량 원소 (철, 구리 및 지르콘)와 사마륨 코발트 합금이 개발되었습니다.2(Co, Fe, Cu, Zr)17. 이 자석은 최대 약 500 ° C의 고온 응용 분야에서 사용할 수있는 잠재력이 크지 만 재료 비용이 높기 때문에 이러한 유형의 자석 사용이 제한됩니다. 사마륨은 희토류 원소 중에서도 희귀하고 코발트는 전략적 금속으로 분류되어 보급품이 통제됩니다.
사마륨-코발트 자석은 습한 조건에서 잘 작동합니다. 다른 장점으로는 높은 내열성, 내한성 (-273 ° C) 및 높은 내식성이 있습니다. 그러나 세라믹 자석과 마찬가지로 사마륨-코발트 자석은 부서지기 쉽습니다. 언급했듯이 그들은 더 비쌉니다.
네오디뮴 철 붕소 자석
네오디뮴 철 붕소 (NdFeB 또는 NIB) 자석은 1983 년에 발명되었습니다. 이 자석은 70 %의 철, 5 %의 붕소, 25 %의 희토류 원소 인 네오디뮴을 함유하고 있습니다. NIB 자석은 빠르게 부식되므로 생산 과정에서 보호 코팅 (일반적으로 니켈)을받습니다. 니켈 대신 알루미늄, 아연 또는 에폭시 수지 코팅을 사용할 수 있습니다.
NIB 자석은 알려진 가장 강력한 영구 자석이지만 다른 영구 자석의 퀴리 온도가 약 350 ° C (일부 출처는 80 ° C로 낮음)로 가장 낮습니다. 이 낮은 퀴리 온도는 산업적 사용을 제한합니다. 네오디뮴 철 붕소 자석은 휴대폰과 컴퓨터를 포함한 가전 제품의 필수 부품이되었습니다. 네오디뮴 철 붕소 자석은 자기 공명 영상 (MRI) 기계에도 사용됩니다.
NIB 자석의 장점은 중량 대 전력 비율 (최대 1,300 배), 사람이 편안하게 사용할 수있는 온도에서 감자에 대한 높은 저항성 및 비용 효율성을 포함합니다. 단점으로는 낮은 퀴리 온도에서의 자기 손실, 낮은 내식성 ( 도금이 손상됨) 및 취성 (다른 자석과의 갑작스러운 충돌로 파손, 균열 또는 칩이 발생할 수 있음) 궤조. (NIB 자석을 사용하는 활동 인 Magnetic Fruit에 대한 리소스를 참조하십시오.)
임시 자석
임시 자석은 연철 재료로 구성됩니다. 연철은 원자와 전자가 철 안에 정렬되어 한동안 자석처럼 행동 할 수 있음을 의미합니다. 자성 금속 목록에는 못, 종이 클립 및 기타 철이 포함 된 재료가 포함됩니다. 임시 자석은 자기장에 노출되거나 자기장 내에 배치되면 자석이됩니다. 예를 들어, 자석에 의해 문질러 진 바늘은 자석이 바늘 내에서 전자를 정렬시키기 때문에 임시 자석이됩니다. 자기장이나 자석에 대한 노출이 충분히 강하면 연철은 적어도 열, 충격 또는 시간으로 인해 원자가 정렬을 잃을 때까지 영구 자석이 될 수 있습니다.
전자석
세 번째 유형의 자석은 전기가 전선을 통과 할 때 발생합니다. 연철 코어에 와이어를 감 으면 자기장의 강도가 증폭됩니다. 전기를 증가 시키면 자기장의 강도가 증가합니다. 전선을 통해 전기가 흐르면 자석이 작동합니다. 전자의 흐름을 멈 추면 자기장이 붕괴됩니다. (전자기의 PhET 시뮬레이션에 대한 리소스를 참조하십시오.)
세계에서 가장 큰 자석
세계에서 가장 큰 자석은 사실 지구입니다. 액체 철-니켈 외부 코어에서 회전하는 지구의 단단한 철-니켈 내부 코어는 발전기처럼 행동하여 자기장을 생성합니다. 약한 자기장은 지구 축에서 약 11도 기울어 진 막대 자석처럼 작용합니다. 이 자기장의 북쪽 끝은 막대 자석의 남극입니다. 반대 자기장이 서로를 끌어 당기기 때문에 자기 나침반의 북쪽 끝은 북극 근처에 위치한 지구 자기장의 남쪽 끝을 가리 킵니다. 다른 방법으로, 지구의 남자극은 실제로 지리적 인 북극 근처에 위치합니다. 폴).
지구의 자기장은 지구를 둘러싼 자기권을 생성합니다. 태양풍과 자기권의 상호 작용은 Aurora Borealis 및 Aurora Australis로 알려진 북극광과 남향 광을 유발합니다.
지구의 자기장은 또한 용암 흐름의 철 광물에 영향을 미칩니다. 용암의 철 광물은 지구의 자기장과 일치합니다. 이러한 정렬 된 광물은 용암이 식 으면서 제자리에 "동결"됩니다. 중부 대서양 능선의 양쪽에있는 현무암 흐름의 자기 정렬에 대한 연구는 지구 자기장의 역전뿐만 아니라 판 이론에 대한 증거 건축.