![[강연] 전기와 자기가 만났을 때: 자석에 전류를 흘리면? _ by김갑진｜2019 가을 강연 ’도대체 都大體’](https://i.ytimg.com/vi/QK3saJHgLNc/hqdefault.jpg)
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많은 사람들은 부엌 냉장고에 장식용 자석이 있기 때문에 자석에 익숙합니다. 그러나 자석은 장식 이상의 실용적인 목적을 가지고 있으며 많은 사람들이 우리가 모르는 사이에 일상 생활에 영향을 미칩니다.
자석의 작동 방식에 대한 질문과 기타 일반적인 자기 질문이 있습니다. 그러나 이러한 질문에 대부분 답하고 다른 자석이 다른 자기장의 강도를 가질 수있는 방법을 이해하려면 자기장의 정의와 생성 방식을 이해하는 것이 중요합니다.
자기장은 무엇입니까?
자기장은 하전 입자에 작용하는 힘이며,이 상호 작용에 대한 지배 방정식은 로렌츠 강제 법. 의 힘에 대한 전체 방정식 전기장 이자형 그리고 자기장 B 전하가있는 입자에 큐 그리고 속도 V 에 의해 주어진다 :
vec {F} = q vec {E} + q vec {v} times vec {B}.힘이 있기 때문에 에프, 구역 이자형 과 비, 그리고 속도 V 모든 벡터입니다 × 작업은 교차 제품 벡터곱셈이 아닙니다.
자기장은 종종 하전 된 입자를 움직여 생성됩니다. 전류. 전류에서 자계의 일반적인 소스는 간단한 와이어, 루프의 와이어 및 일련의 와이어 루프와 같은 전자석입니다. 솔레노이드. 지구 자기장은 또한 코어 내에서 하전 된 입자를 이동시킴으로써 야기된다.
그러나 냉장고의 자석에는 흐르는 전류 나 전원이없는 것 같습니다. 그것들은 어떻게 작동합니까?
영구 자석
영구 자석은 강자성 재료 자기장을 생성하는 고유 속성을 가지고 있습니다. 자기장을 생성하는 고유 효과는 전자 스핀이며, 이러한 스핀의 정렬은 자기 도메인을 생성합니다. 이러한 영역은 순 자기장을 초래합니다.
강자성 물질은 자연 발생 형태에서 높은 수준의 도메인 순서를 갖는 경향이 있으며, 이는 외부 자기장에 의해 쉽게 완전히 정렬 될 수있다. 따라서 강자성 자석은 본질적으로 발견 될 때 자성이고 자기 특성을 쉽게 유지하는 경향이있다.
반자성 재료 강자성 물질과 유사하며 자연에서 발견 될 때 자기장을 생성 할 수 있지만 외부 장에 다르게 반응합니다. 반자성 재료는 외부 필드가있을 때 반대 방향의 자기장을 생성합니다. 이 효과는 자석의 원하는 강도를 제한 할 수 있습니다.
상자성 재료 외부의 정렬 자기장이있을 때만 자성을 띠며 상당히 약한 경향이 있습니다.
큰 자석에는 강한 자기력이 있습니까?
언급 한 바와 같이, 영구 자석은 무작위로 정렬되는 자기 도메인으로 구성된다. 각 도메인 내에는 자기장이 생성되는 어느 정도의 순서가 있습니다. 따라서 하나의 강자성 재료에서 모든 도메인의 상호 작용은 자석에 대한 전체 또는 순 자기장을 생성한다.
도메인이 무작위로 정렬되면 자기장이 매우 작거나 사실상 영이 될 수 있습니다. 그러나 외부 자기장이 정렬되지 않은 자석에 가까워지면 도메인이 정렬되기 시작합니다. 정렬 필드와 도메인 사이의 거리는 전체 정렬에 영향을 미치며 결과적으로 순 자기장에 영향을 미칩니다.
외부 자기장에 강자성 물질을 장기간 방치하면 주문을 완료하고 생성 된 자기장을 증가시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 유사하게, 영구 자석의 순 자기장은 도메인을 오정렬하고 순 자기장을 감소시킬 수있는 임의의 랜덤 또는 간섭 자기장을 가져옴으로써 감소 될 수있다.
자석의 크기가 강도에 영향을 줍니까? 짧은 대답은 그렇습니다. 그러나 자석의 크기는 동일한 재료의 작은 조각보다 더 강한 자기장을 정렬하고 생성 할 수있는 더 많은 영역이 비례 적으로 존재하기 때문입니다. 그러나, 자석의 길이가 매우 길면, 표유 자기장이 도메인을 잘못 정렬하고 순 자기장을 감소시킬 가능성이 증가한다.
퀴리 온도는 무엇입니까?
자석 강도의 또 다른 원인은 온도. 1895 년 프랑스 물리학 자 피에르 큐리 (Pierre Curie)는 자성 물질의 온도가 차단되어 자기 특성이 변할 수 있다고 판단했다. 구체적으로, 도메인은 더 이상 정렬되지 않으므로 주 도메인 정렬은 순 자기장을 약화시킨다.
철의 경우, 퀴리 온도는 화씨 약 1418 도입니다. 자철광의 경우 화씨 약 1060 도입니다. 이 온도는 녹는 점보다 상당히 낮습니다. 따라서 자석의 온도는 강도에 영향을 줄 수 있습니다.
전자석
다른 종류의 자석은 전자석본질적으로 켜고 끌 수있는 자석입니다.
다양한 산업 분야에서 사용되는 가장 일반적인 전자석은 솔레노이드입니다. 솔레노이드는 일련의 전류 루프로, 루프 중앙에 균일 한 필드가 생깁니다. 이것은 각각의 개별 전류 루프가 와이어 주위에 원형 자기장을 생성하기 때문입니다. 여러 개의 직렬을 배치함으로써, 자기장의 중첩은 루프 중심을 통해 직선적이고 균일 한 장을 생성합니다.
솔레노이드 자기장의 크기에 대한 방정식은 간단합니다. B = μ0nI, 어디 μ0 _ 여유 공간의 투과성, _n 단위 길이 당 전류 루프 수 나는 그것들을 통해 흐르는 전류입니다. 자기장의 방향은 오른쪽 규칙과 전류 흐름의 방향에 의해 결정되므로 전류의 방향을 반대로함으로써 반전 될 수 있습니다.
솔레노이드의 강도는 두 가지 주요 방법으로 조정할 수 있음을 쉽게 알 수 있습니다. 먼저, 솔레노이드를 통한 전류를 증가시킬 수 있습니다. 전류가 임의로 증가하는 것처럼 보이지만 전원 공급 장치 또는 회로의 저항에 제한이있을 수 있으며, 이는 전류가 과도하게 당겨지면 손상 될 수 있습니다.
따라서 솔레노이드의 자기 강도를 높이는 더 안전한 방법은 전류 루프의 수를 늘리는 것입니다. 자기장은 비례 적으로 분명하게 증가합니다. 이 경우 유일한 제한은 사용 가능한 와이어의 양이거나 전류 루프 수로 인해 솔레노이드가 너무 길 경우 공간적 제한 일 수 있습니다.
솔레노이드 외에 많은 종류의 전자석이 있지만 모두 동일한 일반 특성을 가지고 있습니다. 강도는 전류 흐름에 비례합니다.
전자석의 사용
전자석은 어디에나 있으며 많은 용도로 사용됩니다. 전자석, 특히 솔레노이드의 일반적이고 매우 간단한 예는 스피커입니다. 스피커를 통한 다양한 전류는 솔레노이드 자기장의 강도를 증가시키고 감소시킵니다.
이런 일이 발생하면 다른 자석, 특히 영구 자석이 솔레노이드의 한쪽 끝에 진동 표면에 놓입니다. 솔레노이드 필드의 변화로 인해 2 개의 자기장이 끌어 당겨짐에 따라 진동 표면이 당겨지고 소리가납니다.
고품질 스피커는 고품질 솔레노이드, 영구 자석 및 진동 표면을 사용하여 고품질 사운드 출력을 생성합니다.
흥미로운 자기 사실
세계에서 가장 큰 크기의 자석은 지구 자체입니다! 언급 한 바와 같이, 지구에는 지구의 핵심으로 생성 된 전류로 인한 자기장이 있습니다. 그것은 많은 소형 핸드 헬드 자석이나 입자 가속기에 사용 된 한때에 비해 매우 강한 자기장이 아니지만 지구 자체는 우리가 알고있는 가장 큰 자석 중 하나입니다!
또 다른 흥미로운 자성 재료는 자철석입니다. 자철광은 매우 흔한 철광석 일뿐만 아니라 철분 함량이 가장 높은 광물입니다. 항상 지구 자기장과 정렬되는 자기장을 갖는 고유 한 특성으로 인해 때때로 석회암이라고도합니다. 그리하여 기원전 300 년 초에 자기 나침반으로 사용되었습니다.