![[천체 물리 연구소] 5강 : 자석은 무엇인가](https://i.ytimg.com/vi/KAKwZ6M7FMc/hqdefault.jpg)
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자석은 신비한 것 같습니다. 보이지 않는 힘은 자성 물질을 함께 끌어 당기거나 한 자석의 플립으로 서로 밀어냅니다. 자석이 강할수록 인력 또는 반발이 강해집니다. 물론 지구 자체는 자석입니다. 일부 자석은 강철로 만들어졌지만 다른 유형의 자석이 있습니다.
TL; DR (너무 길고 읽지 않음)
자철광은 천연 자성 광물입니다. 회전하는 지구 코어는 자기장을 생성합니다. 알 니코 자석은 소량의 알루미늄, 구리 및 티타늄으로 알루미늄, 니켈 및 코발트로 구성됩니다. 세라믹 또는 페라이트 자석은 산화 바륨 또는 산화철과 합금 된 산화 스트론튬으로 만들어집니다. 두 개의 희토류 자석은 미량 원소 (철, 구리, 지르콘) 및 네오디뮴 철 붕소 자석이 포함 된 사마륨 코발트 합금을 포함하는 사마륨 코발트입니다.
자석 및 자기 정의
자기장을 생성하고 다른 자기장과 상호 작용하는 물체는 자석입니다. 자석은 양극 또는 양극과 음극 또는 음극을 갖습니다. 자기장의 선은 양극 (북극이라고도 함)에서 음극 (남쪽) 극으로 이동합니다. 자성은 두 자석 사이의 상호 작용을 나타냅니다. 반대편은 끌어 당기므로 자석의 양극과 다른 자석의 음극은 서로 끌어 당깁니다.
자석의 종류
영구 자석, 임시 자석 및 전자석의 세 가지 일반적인 자석 유형이 있습니다. 영구 자석은 장기간에 걸쳐 자기 품질을 유지합니다. 임시 자석은 자성을 빠르게 잃습니다. 전자석은 전류를 사용하여 자기장을 생성합니다.
영구 자석
영구 자석은 오랫동안 자기 특성을 유지합니다. 영구 자석의 변화는 자석의 강도와 자석 구성에 따라 달라집니다. 일반적으로 온도 변화 (일반적으로 온도 증가)로 인해 변화가 발생합니다. 퀴리 온도로 가열 된 자석은 원자가 자기 효과를 일으키는 구성에서 벗어나기 때문에 자기 특성을 영구적으로 잃습니다. Discoverer Pierre Curie로 명명 된 Curie 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
lodestone이라고도하는 자철석은 중국 비취 사냥꾼부터 세계 여행자에 이르기까지 다양한 탐험가의 나침반 바늘을 제공했습니다. 철이 저산소 분위기에서 가열 될 때 미네랄 마그네타이트가 형성되어, 산화철 화합물 Fe가 생성된다3영형4. 마그네타이트의 슬라이 버는 나침반 역할을합니다. 나침반은 기원전 약 250 년으로 거슬러 올라갑니다. 중국에서는 남쪽 포인터라고 불 렸습니다.
알 니코 합금 자석
알 니코 자석은 일반적으로 35 % 알루미늄 (Al), 35 % 니켈 (Ni) 및 15 % 코발트 (Co)와 7 % 알루미늄 (Al), 4 % 구리 (Cu) 및 4 % 티타늄 ( Ti). 이 자석은 1930 년대에 개발되어 1940 년대에 인기를 얻었습니다. 온도는 인공적으로 만들어진 다른 자석보다 Alnico 자석에 미치는 영향이 적습니다. Alnico 자석은보다 쉽게 자석을 제거 할 수 있으므로 Alnico 막대와 말굽 자석은 자석이 없어야 적절하게 보관해야합니다.
알 니코 자석은 여러 가지 방법, 특히 스피커 및 마이크와 같은 오디오 시스템에서 사용됩니다. Alnico 자석의 장점은 높은 내 부식성, 높은 물리적 강도 (칩, 균열 또는 깨지지 않음) 및 고온 저항 (섭씨 540도)을 포함합니다. 단점은 다른 인공 자석보다 약한 자기력을 포함합니다.
세라믹 (페라이트) 자석
1950 년대에 새로운 자석 그룹이 개발되었습니다. 세라믹 자석이라고도하는 단단한 육각형 페라이트는 더 얇은 조각으로 자르고 자기 특성을 잃지 않으면 서 낮은 레벨의 자기장에 노출 될 수 있습니다. 그들은 또한 싸다. 분자 육각형 페라이트 구조는 산화철 (BaO ∙ 6Fe)과 합금 된 산화 바륨에서 발생2영형3) 산화철과 합금 된 산화 스트론튬 (SrO ∙ 6Fe2영형3). 스트론튬 (Sr) 페라이트는 자기 특성이 약간 더 우수합니다. 가장 일반적으로 사용되는 영구 자석은 페라이트 (세라믹) 자석입니다. 비용 외에도, 세라믹 자석의 장점은 우수한 자기 저항 및 높은 내식성을 갖는 것을 포함한다. 그러나 부서지기 쉽고 쉽게 부서집니다.
사마륨 코발트 자석
사마륨 코발트 자석은 1967 년에 개발되었습니다.이 자석은 SmCo의 분자 구성5, 최초의 상용 희토류 및 전이 금속 영구 자석이되었습니다. 1976 년 미량 원소 (철, 구리 및 지르콘)를 함유 한 사마륨 코발트 합금이 Sm의 분자 구조로 개발되었습니다.2(Co, Fe, Cu, Zr)17. 이 자석은 최대 약 500C의 고온 응용 분야에서 사용할 수있는 잠재력이 크지 만 재료 비용이 높으면 이러한 유형의 자석 사용이 제한됩니다. 사마륨은 희토류 원소 중에서도 희귀하며 코발트는 전략적 금속으로 분류되므로 공급이 통제됩니다.
사마륨 코발트 자석은 습한 조건에서 잘 작동합니다. 다른 장점으로는 높은 내열성, 저온에 대한 내성 (-273C) 및 높은 내식성이 있습니다. 그러나 세라믹 자석과 마찬가지로 사마륨 코발트 자석은 부서지기 쉽습니다. 명시된 바와 같이, 그들은 더 비싸다.
네오디뮴 철 붕소 자석
네오디뮴 철 붕소 (NdFeB 또는 NIB) 자석은 1983 년에 발명되었습니다.이 자석은 희토류 원소 인 철 70 %, 붕소 5 % 및 네오디뮴 25 %를 포함합니다. NIB 자석은 빠르게 부식되므로 생산 과정에서 일반적으로 니켈로 보호 코팅을받습니다. 니켈 대신에 알루미늄, 아연 또는 에폭시 수지의 코팅이 사용될 수있다.
NIB 자석은 가장 강력한 알려진 영구 자석이지만 다른 영구 자석 중에서 가장 낮은 퀴리 온도 (약 350C (일부 출처는 80C))를 갖습니다. 이 낮은 퀴리 온도는 산업 사용을 제한합니다. 네오디뮴 철 붕소 자석은 휴대폰 및 컴퓨터를 포함한 가전 제품의 필수 부분이되었습니다. 네오디뮴 철 붕소 자석은 자기 공명 영상 (MRI) 기계에도 사용됩니다.
NIB 자석의 장점은 중량 대비 전력비 (최대 1,300 배), 사람이 편한 온도에서 높은 자기 저항 및 비용 효율성을 포함합니다. 단점은 더 낮은 퀴리 온도에서 자기 손실, 낮은 내식성 (도금이 손상된 경우) 및 취성 (다른 자석 또는 금속과의 갑작스러운 충돌시 부서 지거나 갈라 지거나 부서 질 수 있음)을 포함합니다 (NIB 자석을 사용한 활동 인 자기 과일 관련 자료 참조). .)
임시 자석
임시 자석은 연철 재료로 구성됩니다. 연철은 원자와 전자가 철 내에서 정렬되어 시간 동안 자석으로 작용할 수 있음을 의미합니다. 자성 금속 목록에는 못, 종이 클립 및 기타 철분이 포함 된 재료가 포함됩니다. 임시 자석은 자기장에 노출되거나 자기장 내에있을 때 자석이됩니다. 예를 들어, 자석에 의해 문질러 진 바늘은 자석이 전자를 바늘 내에 정렬시키기 때문에 임시 자석이된다. 자기장 또는 자석에 대한 노출이 충분히 강하면, 연철은 적어도 열, 충격 또는 시간으로 원자의 정렬이 없어 질 때까지 영구 자석이 될 수 있습니다.
전자석
세 번째 유형의 자석은 전기가 와이어를 통과 할 때 발생합니다. 연철 코어 주위에 와이어를 감 으면 자기장의 강도가 증폭됩니다. 전기를 증가 시키면 자기장의 강도가 증가합니다. 전선을 통해 전기가 흐르면 자석이 작동합니다. 전자의 흐름을 멈 추면 자기장이 붕괴됩니다. (전자파의 PhET 시뮬레이션에 대한 자료를 참조하십시오.)
세계에서 가장 큰 자석
세계에서 가장 큰 자석은 실제로 지구입니다. 액체 철-니켈 외부 코어에서 회전하는 지구의 고체 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 남쪽 극입니다. 마주 보는 자기장은 서로를 끌어 당기므로 자기 나침반의 북쪽 끝은 북극 근처에있는 지구 자기장의 남쪽 끝을 가리 킵니다 (다른 방식으로 말하면, 지구 남쪽 자극은 실제로 지리적 북극 근처에 있습니다) 남극은 북극으로 표시되어 있음을 종종 볼 수 있습니다).
지구 자기장은 지구를 둘러싸는 자기권을 생성합니다. 태양 권과 자기권의 상호 작용은 Aurora Borealis와 Aurora Australis로 알려진 북극광과 남빛을 일으킨다.
지구 자기장은 용암류의 철 광물에도 영향을줍니다. 용암의 철 광물은 지구 자기장과 정렬됩니다. 이러한 정렬 된 광물은 용암이 식 으면서 "동결"됩니다. 대서양 중앙 능선의 양쪽에있는 현무암 흐름에서의 자기 정렬에 대한 연구는 지구 자기장의 반전뿐만 아니라 판 구조론 이론에 대한 증거를 제공합니다.