자석은 어떻게 형성됩니까?

거의 모든 사람들이 기본 자석과 그것이 무엇을하고 무엇을 할 수 있는지에 대해 잘 알고 있습니다. 어린 아이는 주어진 몇 분의 놀이와 적절한 재료의 조합 만 있다면 (나중에 아이가 금속으로 식별하게 될) 종류의 것들은 자석쪽으로 당겨지고 다른 것들은 영향을받지 않습니다 그것으로. 그리고 아이가 가지고 놀 수있는 자석이 하나 이상 주어지면 실험은 금방 더욱 흥미로워 질 것입니다.

자기는 육안으로는 볼 수없는 물리적 세계의 여러 알려진 상호 작용을 포괄하는 단어입니다. 두 가지 기본 유형의 자석은 다음과 같습니다. 강자성체, 주변에 영구 자기장을 생성하고 전자석, 전류를 운반하는 와이어의 코일에 의해 생성되는 것과 같은 전기장에 배치 될 때 자기가 일시적으로 유도 될 수있는 재료입니다.

누군가 당신에게 묻는다면 위험질문 "자석은 어떤 재료로 구성되어 있습니까?" 답이 하나도 없다는 것을 확신 할 수 있습니다. 수중에있는 정보, 당신은 질문자에게 자석이 어떻게 작용 하는지를 포함하여 도움이되는 모든 세부 사항을 설명 할 수도있을 것입니다. 형성.

예를 들어 중력, 소리 및 빛과 같은 물리학의 많은 부분과 마찬가지로 자기는 항상 "그 자리에"있었지만 인류는 이를 설명하고 실험을 기반으로 예측을 수행하고 결과 모델 및 프레임 워크는 수세기. 물리학의 전체 분야는 일반적으로 전자기라고 불리는 전기와 자기의 관련 개념을 중심으로 생겨났습니다.

고대 문화는 천연 자석, 철 및 산소 함유 미네랄 마그네타이트 (화학식: Fe₃영형₄), 금속 조각을 끌 수 있습니다. 11 세기에 중국인들은 길고 얇은 돌이 공중에 매달려 있으면 남북 축을 따라 방향을 잡을 것이라는 사실을 배웠습니다. 나침반.

나침반을 사용하는 유럽 항해자들은 북쪽을 가리키는 방향이 대서양 횡단 여행을 통해 약간 씩 다르다는 것을 발견했습니다. 이것은 지구 자체가 본질적으로 거대한 자석이라는 것을 깨달았습니다. "자북"과 "진북"은 약간 다르고 전 세계의 양에 따라 다릅니다. (진위 및 자기 남쪽에도 동일하게 적용됩니다.)

철, 코발트, 니켈 및 가돌리늄을 포함한 제한된 수의 재료는 자체적으로 강력한 자기 효과를 나타냅니다. 모든 자기장은 서로 상대적으로 움직이는 전하로 인해 발생합니다. 전자석을 전류 운반 와이어 코일 근처에 배치하여 자기를 유도하는 것은 그러나 강자성조차도 원자에서 생성 된 아주 작은 전류 때문에 자성을 가지고 있습니다. 수평.

영구 자석을 강자성 물질 근처로 가져 가면 철, 코발트 또는 물질의 개별 원자의 구성 요소 자기라고 불리는 북극과 남극에서 펼쳐지는 자석의 가상의 영향 선과 정렬됩니다. 들. 물질이 가열되고 냉각되면 자화는 자발적으로 발생할 수 있지만 영구적으로 만들 수 있습니다. 이 자화는 극심한 열이나 물리적 파괴에 의해 반전 될 수 있습니다.

자기 모노폴은 존재하지 않습니다. 즉, 포인트 전하에서 발생하는 "포인트 자석"과 같은 것은 없습니다. 대신 자석에는 자기 쌍극자가 있으며 자기장 선은 북극에서 시작하여 남극으로 돌아 가기 전에 바깥쪽으로 부채질합니다. 이 "선"은 원자와 입자의 동작을 설명하는 데 사용되는 도구 일뿐입니다!

앞에서 강조했듯이 자기장은 전류에 의해 생성됩니다. 영구 자석에서 작은 전류는 이러한 자석 원자에서 전자의 두 가지 유형의 운동에 의해 생성됩니다. 원자의 중심 양성자 주위를 도는 궤도와 회전, 또는 회전.

대부분의 재료에서 작은 자기 모멘트 주어진 원자의 개별 전자의 운동에 의해 생성 된 것은 서로를 상쇄시킵니다. 그렇지 않으면 원자 자체가 작은 자석처럼 작용합니다. 강자성 물질에서 자기 모멘트는 상쇄되지 않을뿐만 아니라 같은 방향, 인가 된 외부 자기 선과 같은 방향으로 정렬되도록 이동 들.

일부 재료에는 적용된 자기장에 의해 다양한 각도로 자화 될 수있는 방식으로 작동하는 원자가 있습니다. (자기장이 존재하기 위해 항상 자석이 필요한 것은 아닙니다. 충분히 큰 전류가 그 트릭을 할 것입니다.) 보시다시피, 이러한 물질 중 일부는 자성의 지속적인 부분을 원하지 않는 반면 다른 물질은 더 비참하게 행동합니다.

자성을 나타내는 금속의 이름 만 제공하는 자성 재료 목록은 자기장의 거동과 현미경에서 사물이 작동하는 방식에 따라 정렬 된 자성 물질 목록 수평. 이러한 분류 시스템이 존재하며 자기 행동을 5 가지 유형으로 분리합니다.

• 반자성 : 대부분의 재료는 외부 자기장에 배치 된 원자의 자기 모멘트가 적용된 자기장의 반대 방향으로 정렬되는이 특성을 나타냅니다. 따라서 결과적인 자기장은 적용된 필드에 반대합니다. 그러나이 "반응성"필드는 매우 약합니다. 이 특성을 가진 재료는 의미있는 자성이 아니기 때문에 자성의 강도는 온도에 의존하지 않습니다.
  
• 상자성 : 알루미늄과 같이이 속성을 가진 재료는 양의 순 쌍극자 모멘트를 가진 개별 원자를가집니다. 그러나 인접한 원자의 쌍극자 모멘트는 일반적으로 서로 상쇄되어 물질 전체가 자화되지 않은 상태로 남습니다. 자기장이 가해지면 자기장과 완전히 반대되는 것이 아니라 자기 쌍극자가 원자는 적용된 장과 불완전하게 정렬되어 약하게 자화됩니다. 재료.
  
• 강자성 : 철, 니켈 및 마그네타이트 (lodestone)와 같은 재료는 이러한 강력한 특성을 가지고 있습니다. 이미 언급했듯이 이웃 원자의 쌍극자 모멘트는 자기장이없는 경우에도 스스로 정렬됩니다. 이들의 상호 작용으로 인해 1,000에 이르는 규모의 자기장이 발생할 수 있습니다. 테슬라, 또는 T (자기장 강도의 SI 단위; 힘이 아니라 하나 같은 것). 그에 비해 지구 자체의 자기장은 1 억 배 더 약합니다!
  
• Ferrimagnetism : 이전 클래스의 자료와 단일 모음의 차이점에 유의하십시오. 이러한 물질은 일반적으로 산화물이며 고유 한 자기 상호 작용은 이러한 산화물의 원자가 결정 "격자"구조로 배열되어 있다는 사실에서 기인합니다. 강자성 물질의 거동은 강자성 물질의 거동과 매우 유사하지만 공간의 자기 요소가 다르기 때문에 온도 감도 및 기타 수준이 다릅니다. 구별.
  
• 반 강자성 : 이 종류의 재료는 독특한 온도 감도가 특징입니다. 주어진 온도 이상에서 Neel 온도 또는 T_엔, 재질은 상자성 재질처럼 작동합니다. 그러한 물질의 한 가지 예는 적철광입니다. 이 재료도 결정이지만 이름에서 알 수 있듯이 격자는 다음과 같이 구성됩니다. 자기 쌍극자 상호 작용은 외부 자기장이 없을 때 완전히 상쇄됩니다. 선물.