잔류 자기
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1. 개요
잔류 자기는 자성 물질에 강한 자기장을 가한 후 자기장을 제거했을 때 물질에 남아 있는 자화 현상을 의미한다. 잔류 자기는 포화 잔류 자기, 등온 잔류 자기, 무히스테리시스 잔류 자기 등으로 구분되며, 히스테리시스 루프를 통해 측정된다. 영구 자석의 성능을 결정하는 중요한 요소로, 네오디뮴 자석, 페라이트 자석, 사마륨 코발트 자석 등 다양한 영구 자석의 잔류 자기 값이 산업 분야에 활용된다. 또한, 자기 기록 장치, 암석 자기학 분야에서도 응용된다.
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| 잔류 자기 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 현상 | 물질 내부에 외부 자기장이 제거된 후에도 남아있는 자화 |
| 설명 | 외부 자기장이 0이 된 후에도 강자성체나 준강자성체와 같은 물질에 잔류하는 자화 |
| 관련 용어 | 자기 이력 현상 투자율 (전기) 항자력 |
| 물리적 특성 | |
| 단위 | SI: 테슬라 (T) 또는 암페어/미터 (A/m) CGS: 가우스 (G) 또는 에르스테드 (Oe) |
| 자기 기록 | |
| 활용 | 자기 기록 매체 (하드 디스크, 자기 테이프 등)의 데이터 저장 원리 |
| 정보 보존 | 데이터 보존을 위해 충분히 높은 잔류 자기를 유지해야 함 |
| 기타 | |
| 어원 | "remanence"는 "남아있다"는 의미의 라틴어 "remanere"에서 유래 |
2. 종류
잔류 자기는 자화 과정과 조건에 따라 다음과 같이 여러 종류로 나뉜다.
- 포화 잔류 자기 (SIRM, Mrs): 강한 자기장을 가하여 포화 상태가 된 후 자기장을 제거했을 때 남아있는 자화이다.[1] 영구 자석의 특성을 나타내는 중요한 매개변수 중 하나로, B-H 분석기로 측정할 수 있다. 네오디뮴 자석은 약 1.3 테슬라의 잔류 자기를 갖는다.
- 등온 잔류 자기 (IRM, Mr(H)): 교류 자기장에서 탈자한 자석에 자기장 H를 가했다가 제거했을 때 남아있는 자화이다.[5] 자기 테이프나 암석 속 자성 광물처럼 다양한 자기적 특성을 가진 재료를 분석하는 데 사용된다.[6][7]
- 무히스테리시스 잔류 자기 (ARM): 큰 교류 자기장과 작은 직류 편향 자기장에 자석을 노출시켜 유도되는 잔류 자기이다. 교류 자기장의 진폭을 점차 줄인 후 편향 자기장을 제거하여 얻는다.[9] 히스테리시스 루프의 두 가지 평균에 가깝고,[9] 주어진 자기장에서 가장 낮은 에너지 상태를 나타내는 것으로 여겨진다.[10] 자기 기록 기술[12]과 암석의 자연 잔류 자화 획득 과정을 연구하는 데 쓰인다.[13]
2. 1. 포화 잔류 자기
강한 자기장(포화 상태에 도달할 만큼 충분한)을 가한 후 자기장이 제거되었을 때 남아 있는 자화를 ''포화 잔류 자기'' 또는 ''포화 등온 잔류 자기(SIRM)''이라고 하며 '''M'''rs로 표기한다.[1]공학적 응용 분야에서는 B-H 분석기를 사용하여 잔류 자기를 측정하는데, 이 분석기는 교류 자기장에 대한 반응을 측정한다(그림 1 참조). 이는 자속 밀도 '''B'''r로 나타낸다. 이 잔류 자기 값은 영구 자석을 특징짓는 가장 중요한 매개변수 중 하나이며, 영구 자석이 생성할 수 있는 가장 강력한 자기장을 측정한다. 예를 들어, 네오디뮴 자석은 약 1.3 테슬라의 잔류 자기를 갖는다.
2. 2. 등온 잔류 자기
자기 테이프는 많은 수의 작은 자성 입자를 포함하고 있으며(자기 기록 장치 참조), 암석 속의 자성 광물은 광범위한 자기적 특성을 가질 수 있다(암석 자기 참조). 이러한 재료 내부를 살펴보는 한 가지 방법은 잔류 자기를 소량씩 더하거나 빼는 것이다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 먼저 교류 자기장에서 자석을 탈자한 다음, 자기장 '''H'''를 가하고 제거하는 것이다. '''M'''r('''H''')로 표시되는 이 잔류 자기는 자기장에 따라 달라지며,[5] ''초기 잔류 자기''[6] 또는 ''등온 잔류 자화(IRM)''[7]라고 한다.2. 3. 무히스테리시스 잔류 자기
무히스테리시스 잔류 자기 또는 무히스테리시스 잔류 자화(ARM)는 자석을 큰 교류 자기장과 작은 직류 편향 자기장에 노출시켜 유도되는 잔류 자기이다. 무히스테리시스 자화를 얻기 위해 교류 자기장의 진폭을 점진적으로 0으로 줄이고, 그런 다음 잔류 자기를 얻기 위해 편향 자기장을 제거한다.[9] 무히스테리시스 자화 곡선은 종종 히스테리시스 루프의 두 가지 가지의 평균에 가깝고,[9] 일부 모델에서는 주어진 자기장에 대한 최저 에너지 상태를 나타내는 것으로 가정된다.[10] 플럭스미터와 직류 편향 자기 감소를 기반으로 무히스테리시스 자화 곡선을 실험적으로 측정하는 방법이 여러 가지 있다.[11] ARM은 일부 자기 기록 기술[12]의 쓰기 과정과 암석의 자연 잔류 자화 획득과의 유사성 때문에 연구되어 왔다.[13]3. 측정 방법
잔류 자기는 진동 샘플 자력계를 사용하여 측정할 수 있으며, 자기 히스테리시스 루프의 효과를 통해 영자장 절편을 확인하여 잔류 자기를 측정한다. 물리학에서는 이 값을 평균 자화(총 자기 모멘트를 샘플의 부피로 나눈 값)로 변환하여 '''M'''r로 나타낸다.[1]
B-H 분석기는 교류 자기장에 대한 반응을 측정하여 잔류 자기를 측정하는 데 사용된다(그림 1 참조). 이 값은 자속 밀도 '''B'''r로 나타낸다. 네오디뮴 자석은 약 1.3 테슬라의 잔류 자기를 갖는 등, 잔류 자기는 영구 자석의 주요 특징 중 하나이다.
4. 응용 분야
잔류 자기는 여러 분야에 응용된다.
영구 자석의 주요 특성 중 하나는 잔류 자기 값으로, 이는 영구 자석이 만들 수 있는 가장 강한 자기장의 세기를 나타낸다. 예를 들어, 네오디뮴 자석은 약 1.3T(테슬라)의 잔류 자기를 갖는다.[1]
자기 테이프나 하드 디스크 드라이브(HDD) 같은 자기 기록 장치는 잔류 자기를 이용해 정보를 저장한다. 자기 테이프는 수많은 작은 자성 입자들로 구성되어 있다.[5]
암석에 남아 있는 잔류 자기는 지구 자기장의 변화와 대륙 이동을 연구하는 데 중요한 정보를 제공한다. 암석 속 자성 광물은 다양한 자기적 특성을 가질 수 있으며, 잔류 자기를 조금씩 더하거나 빼면서 암석 내부를 분석할 수 있다.[6][7]
4. 1. 영구 자석
영구 자석을 특징짓는 가장 중요한 매개변수 중 하나는 잔류 자기 값이며, 이는 영구 자석이 생성할 수 있는 가장 강력한 자기장을 측정한다. 예를 들어, 네오디뮴 자석은 약 1.3조의 잔류 자기를 갖는다.[1]다음은 여러 재료의 잔류 자기를 나타낸 표이다.
4. 2. 자기 기록 장치
자기 기록 장치는 자기 테이프와 하드 디스크 드라이브(HDD)와 같이 잔류 자기를 이용하여 정보를 저장하는 장치이다. 자기 테이프는 많은 수의 작은 자성 입자를 포함하고 있으며, 이러한 입자들은 동일하지 않다.[5]입자가 단축 이방성을 가진 비상호 작용 단일 영역 입자인 경우, 잔류 자기 사이에는 간단한 선형 관계가 있다.[5] ARM은 일부 자기 기록 기술[12]의 쓰기 과정과 암석의 자연 잔류 자화 획득과의 유사성 때문에 연구되어 왔다.[13]
4. 3. 암석 자기학
암석에 남아 있는 잔류 자기는 지구 자기장의 변화와 대륙 이동을 연구하는 데 중요한 단서를 제공한다. 암석 속의 자성 광물은 광범위한 자기적 특성을 가질 수 있다. 잔류 자기를 소량씩 더하거나 빼면서 암석 내부를 살펴볼 수 있다. 교류 자기장에서 자석을 탈자한 다음, 자기장 '''H'''를 가하고 제거하는 방식으로 잔류 자기를 측정할 수 있다. '''M'''r('''H''')로 표시되는 이 잔류 자기는 자기장에 따라 달라지며, ''초기 잔류 자기''[6] 또는 ''등온 잔류 자화(IRM)''[7]라고 한다.다른 종류의 IRM은 자석에 한 방향으로 포화 잔류 자기를 부여한 다음 반대 방향으로 자기장을 가하고 제거하여 얻을 수 있다.[5] 이를 ''탈자 잔류 자기'' 또는 ''직류 탈자 잔류 자기''라고 하며, '''H'''는 자기장의 ''크기''이고 '''M'''d('''H''')와 같은 기호로 표시된다.[8] ''교류 탈자 잔류 자기'' 또는 ''교류 자기장 탈자 잔류 자기''는 교류 자기장에서 포화 잔류 자기를 탈자하여 얻을 수 있으며, '''M'''af('''H''')와 같은 기호로 표시된다.
입자가 단축 이방성을 가진 비상호 작용 단일 영역 입자인 경우, 잔류 자기 사이에는 간단한 선형 관계가 있다.[5]
참조
[1]
논문
[2]
문서
[3]
웹사이트
remanence Origin and meaning of remanence by Online Etymology Dictionary
https://www.etymonli[...]
2020-01-20
[4]
웹사이트
Magnetic Tape Storage and Handling
http://www.clir.org/[...]
[5]
논문
[6]
논문
[7]
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[8]
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[9]
논문
[10]
논문
[11]
논문
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논문
[13]
논문
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웹사이트
Amorphous Magnetic Cores
http://www.hilltech.[...]
Hill Technical Sales
2014-01-18
[15]
서적
Design of Rotating Electrical Machines
https://books.google[...]
John Wiley and Sons
[16]
웹사이트
COBALT: Essential to High Performance Magnetics
https://www.arnoldma[...]
Arnold Magnetic Technologies
2012-00-00 #날짜 정보가 부족하여 00-00-00으로 처리
[17]
서적
Electric Machinery
https://books.google[...]
McGraw-Hill
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