자석
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1. 개요
자석은 자체적으로 자기장을 생성하거나 자기장에 반응하는 물체로, 고대부터 자연적으로 자화된 철광석인 자철석에서 자기 현상을 발견하면서 알려졌다. 자석이라는 단어는 고대 그리스어 '마그네시아산 돌'에서 유래되었으며, 자석과 관련된 가장 오래된 기록은 아나톨리아, 인도, 중국 등지에서 약 2,500년 전에 발견된다. 자석은 나침반, 전동기, 스피커, 자기 기록 매체 등 다양한 분야에서 활용되며, 강자성체, 페리자성체, 상자성체, 반자성체 등 여러 종류가 있다. 자석은 열, 충격, 다른 자석과의 접촉에 약하며, 의료 기기나 카드 등과 가까이 두는 것을 주의해야 한다.
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| 자석 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
 | |
| 정의 | 자기장을 만들어내는 물체 |
| 자화 | 강자성체를 자기장 내에 놓으면 자화되어 자석이 됨 |
| 자성 | 모든 물체는 자성을 가지고 있지만, 대부분은 미약함 |
| 종류 | 영구자석 전자석 임시자석 |
| 특징 | |
| 극 | N극과 S극이 존재하며, 같은 극끼리는 밀어내고 다른 극끼리는 끌어당김 |
| 자기장 | 자석 주위에 형성되는 힘의 장 |
| 자기력 | 자석이 다른 물체에 미치는 힘 |
| 온도 | 퀴리 온도 이상으로 가열하면 자성을 잃음 |
| 활용 | 모터 발전기 스피커 자석 나침반 MRI |
| 상세 정보 | |
| 자기 모멘트 | 자석의 자기적 세기를 나타내는 벡터량 |
| 자화 강도 | 물체의 자기화 정도를 나타내는 양 |
| 반자성 | 외부 자기장에 반대 방향으로 자화되는 성질 |
| 상자성 | 외부 자기장과 같은 방향으로 약하게 자화되는 성질 |
| 강자성 | 외부 자기장이 없어도 자화된 상태를 유지하는 성질 |
| 페리자성 | 강자성과 유사하지만, 자기 모멘트가 상쇄되는 성질 |
| 반강자성 | 인접한 원자의 자기 모멘트가 반대 방향으로 정렬되는 성질 |
| 역사 | |
| 기원 | 고대 그리스에서 발견된 자철석에서 비롯됨 |
| 초기 연구 | 윌리엄 길버트가 지구 자기장을 연구함 |
| 20세기 발전 | 강자성 재료 개발 전자석 발명 |
| 자석의 종류 | |
| 영구자석 | 한번 자화되면 외부의 힘이 없어도 자성을 유지하는 자석 네오디뮴 자석, 페라이트 자석 등 |
| 전자석 | 코일에 전류를 흘려 자기장을 발생하는 자석 전류를 끊으면 자성을 잃음 전동기, 발전기 등에 사용 |
| 임시자석 | 외부 자기장에 의해 일시적으로 자화되는 자석 철, 니켈, 코발트 등 |
| 기타 | |
| 주의 사항 | 자석은 강한 자기장으로 인해 신용카드나 휴대전화 등의 전자기기에 손상을 줄 수 있음 자석의 극을 잘못 사용하면 기기가 오작동할 수 있음 |
2. 역사
자석에 대한 근대적인 과학적 접근은 엘리자베스 1세의 어의였던 윌리엄 길버트로부터 시작되었다. 그는 저서 『자석 및 자성체 그리고 대자석으로서의 지구의 생리학』(De Magnete, Magneticisque Corporibvs,et De Magno Magnete Tellure)에서 자석에 대한 속설과 기존 현상들을 상세히 검증하였다. 나침반의 지북성을 논하며 구형 자석을 제작하여 자침의 움직임을 관찰, 지구가 자석이라는 결론을 내렸다. 호박의 정전기적 인력은 자력과 다르다고 보았다. 길버트의 실험과 논증 방법은 이후 과학에 큰 영향을 주었다.
산업혁명으로 제철 및 야금 기술이 발전했지만, 자석은 철이나 탄소강만 사용되어 큰 진전은 없었다.[55] 20세기에 일본의 혼다 고타로 등이 "KS강"을 발명하며 근대 자석의 첫걸음이 되었고, 산업 발전에 기여했다.[55]
19세기 후반부터 20세기 초, 그리고 그 이후까지 자석과 관련된 주요 발명 및 개발 내용은 다음과 같다.
| 연도 | 내용 |
|---|---|
| 1825년 | 윌리엄 스터전이 전자석을 발명. |
| 1917년 | 혼다 고타로 등이 KS강을 발명. |
| 1931년 | 미시마 도쿠시치가 MK강을 개발. |
| 1933년 | 알니코 자석 발명. |
| 1934년 | 신 KS강 개발. |
| 1937년 | 도쿄 공업대학의 가토 요고로, 타케이 타케시가 페라이트 자석 발명. |
| 1970년대 전반 | 사마륨 코발트 자석 발명. |
| 1971년 | 도호쿠 대학의 금자가 철-크롬-코발트 자석 개발. |
| 1970년대 | 마쓰시타 전기(현재: 파나소닉)가 망간알루미늄 자석 개발. |
| 1982년 | 스미토모 특수금속(현재: 히타치금속 NEOMAX)의 사가와 진인이 네오디뮴 자석 발명. |
| 2004년 | 영국 더럼 대학교 연구자들이 플라스틱 자석 발명. |
2. 1. 고대
고대 사람들은 자연적으로 자화된 철광석인 자철석(또는 마그네타이트)에서 자기 현상을 알게 되었다. "자석"이라는 단어는 중세 영어에서 라틴어 ''magnetum'' "자철석"에서 유래했고, 궁극적으로 고대 그리스어 μαγνῆτις [λίθος]|마그네티스 [리토스]grc에서 온 것으로, "마그네시아산 [돌]"[1][2]이라는 의미이다. 마그네시아는 자철석이 발견된 아나톨리아의 장소였으며 (오늘날 터키의 마니사) 자유롭게 회전할 수 있도록 매달린 자철석은 최초의 나침반이었다. 자석과 그 성질에 대한 가장 오래된 기록은 약 2,500년 전 아나톨리아, 인도, 중국에서 발견된다.[3][4][5] 1세기경 플리니우스는 그의 백과사전인 ''박물지''에서 자철석의 성질과 철에 대한 친화력에 대해 기술했다.[6]11세기 중국에서는 뜨겁게 달군 철을 지구 자기장 속에서 담금질하면 철이 영구적으로 자화된다는 사실이 발견되었다. 이는 1088년 몽계에 기술된 것처럼 항해용 나침반의 개발로 이어졌다.[7][8] 12세기에서 13세기까지 나침반은 중국, 유럽, 아라비아 반도 등지의 항해에 사용되었다.[9]
자석의 역사에 대해, 한 설에 따르면 고대 그리스의 마그네시아에서는 자철광이 채굴되었는데, 이것이 인류가 처음 접한 자석이며, 자석을 뜻하는 영어 단어 'magnet'도 이 지명에서 유래했다고 한다.[55]
플라톤은 그의 저서 『이온』에서 "마그네시아의 돌"로 자석을 언급하고 있다. 로마 제국의 자연사학자 플리니우스는 저서 『박물지』에서 마그네스라는 양치기가 우연히 자석을 발견했다고 서술하고 있다. 참고로 『박물지』에는 다이아몬드가 자석의 힘을 방해한다는 이상한 설도 기록되어 있다.
한편, 고대 중국 『여씨춘추』에는 “石鐵之母也 以有慈石 故能引其子”（철의 돌은 어미처럼 자식을 끌어당기는 힘을 가진다）라는 기록이 있다.[55] 그 외에도 『회남자』(BC2세기), 『관자』(BC1세기) 등에서 철을 끌어당기는 "자석(慈石)"에 대한 언급이 보인다. 이 "자석(慈石)"이 한자 "磁石"의 기원이 되었다.[55] 또한, 진서(제57권, 열전 제27)에 따르면, 서진의 장수 마륭은 선비의 탁발수규와의 전투에서 자석을 대량으로 사용하여 철 갑옷으로 무장한 선비의 기병을 발이 묶이게 했다는 일화가 기록되어 있다(원문: 或夾道累磁石 賊負鐵鎧 行不得前 隆卒悉被犀甲 無所留礙 賊咸以為神). 하지만, 자치통감을 저술한 사마광은 이 기록을 소개하면서 "恐不可信(아마도 믿을 수 없다)"라며 신빙성이 낮다는 평가를 내리고 있다.
일본에서는 속일본기에 "화동 6년(713년) 오미의 나라에서 자석(慈石)을 헌상했다"는 기록이 있는 외에도, 쿄겐에는 "자석(慈石)"이라는 연극이 있다. 또한, 가부키의 "털뽑이"에서는 자석에 의해 조종되는 털뽑이가 등장한다.
11세기, 중국의 송 시대에 자석 바늘을 물에 띄우는 원시적인 나침반이 발명되어 유럽에도 전해졌다.[55]
2. 2. 중세 ~ 근대
고대 사람들은 자연적으로 자화된 철광석인 자철석에서 자기 현상을 알게 되었다. "자석"이라는 단어는 중세 영어에서 라틴어 ''magnetum'' "자철석"에서 유래했고, 궁극적으로 고대 그리스어 μαγνῆτις [λίθος]|magnētis [lithos]grc[1]에서 온 것으로, "마그네시아산 [돌]"[2]이라는 의미이다. 마그네시아는 자철석이 발견된 아나톨리아의 장소였으며 (오늘날 터키의 마니사) 자유롭게 회전할 수 있도록 매달린 자철석은 최초의 나침반이었다. 자석과 그 성질에 대한 가장 오래된 기록은 약 2,500년 전 아나톨리아, 인도, 중국에서 발견된다.[3][4][5] 1세기경 플리니우스는 그의 백과사전인 ''박물지''에서 자철석의 성질과 철에 대한 친화력에 대해 기술했다.[6]11세기 중국에서는 뜨겁게 달군 철을 지구 자기장 속에서 담금질하면 철이 영구적으로 자화된다는 사실이 발견되었다. 이는 1088년 몽계에 기술된 것처럼 항해용 나침반의 개발로 이어졌다.[7][8] 12세기에서 13세기까지 나침반은 중국, 유럽, 아라비아 반도 등지의 항해에 사용되었다.[9]
곧은 막대 모양의 자석은 자체 자기장에 의해 자화가 해제되는 경향이 있다. 이를 극복하기 위해 말굽 자석이 1743년 다니엘 베르누이에 의해 발명되었다.[7][10] 말굽 자석은 자기력선을 반대쪽 극으로 되돌려 자화 해제를 방지한다.[11]
자석의 역사에 대해, 한 설에 따르면 고대 그리스의 마그네시아에서는 자철광이 채굴되었는데, 이것이 인류가 처음 접한 자석이며, 자석을 뜻하는 영어 단어 'magnet'도 이 지명에서 유래했다고 한다.[55]
플라톤은 그의 저서 『이온』에서 "마그네시아의 돌"로 자석을 언급하고 있다. 로마 제국의 자연사학자 플리니우스는 저서 『박물지』에서 마그네스라는 양치기가 우연히 자석을 발견했다고 서술하고 있다. 참고로 『박물지』에는 다이아몬드가 자석의 힘을 방해한다는 이상한 설도 기록되어 있다.
한편, 고대 중국 『여씨춘추』에는 “石鐵之母也 以有慈石 故能引其子”（철의 돌은 어미처럼 자식을 끌어당기는 힘을 가진다）라는 기록이 있다.[55] 그 외에도 『회남자』(BC2세기), 『관자』(BC1세기) 등에서 철을 끌어당기는 "자석(慈石)"에 대한 언급이 보인다. 이 "자석(慈石)"이 한자 "磁石"의 기원이 되었다.[55] 또한, 진서(제57권, 열전 제27)에 따르면, 서진의 장수 마륭은 선비의 탁발수규와의 전투에서 자석을 대량으로 사용하여 철 갑옷으로 무장한 선비의 기병을 발이 묶이게 했다는 일화가 기록되어 있다. 하지만, 자치통감을 저술한 사마광은 이 기록을 소개하면서 "恐不可信(아마도 믿을 수 없다)"라며 신빙성이 낮다는 평가를 내리고 있다.
일본에서는 속일본기에 "화동 6년(713년) 오미의 나라에서 자석(慈石)을 헌상했다"는 기록이 있는 외에도, 쿄겐에는 "자석(慈石)"이라는 연극이 있다. 또한, 가부키의 "털뽑이"에서는 자석에 의해 조종되는 털뽑이가 등장한다.
11세기, 중국의 송 시대에 자석 바늘을 물에 띄우는 원시적인 나침반이 발명되어 유럽에도 전해졌다.[55]
자석에 대해 근대적인 과학의 빛을 비춘 것은 엘리자베스 1세의 어의였던 윌리엄 길버트이다. 그의 저서 『자석 및 자성체 그리고 대자석으로서의 지구의 생리학』에서 길버트는 자석에 대한 속설과 기존의 현상들을 상세히 검증하고 있다. 예를 들어, 나침반의 지북성을 논함에 있어 구형 자석을 제작하여 이에 대한 자침의 움직임을 관찰하고 있다. 이 결과, 지구 자체가 자석이라고 결론짓고 있다. 또한, 호박 등이 가벼운 깃털 등을 끌어당기는 정전기적 인력은 자력과는 다른 현상이라고 논하고 있다. 길버트의 실험과 논증에 의한 방법론은 그 후의 과학에 큰 영향을 주었다.
산업혁명이 일어나 제철 기술과 야금 기술이 발전했지만 자석에는 철이나 탄소강만 사용될 뿐 특별한 진보는 없었다.[55] 그러나 20세기에 들어 일본의 혼다 고타로 등이 "KS강"을 발명한 것이 근대 자석의 첫걸음이 되어 산업 발전에 크게 기여했다.[55]
19세기 후반부터 20세기 초까지 이루어진 자석과 관련된 주요 발명 및 개발 내용은 다음과 같다.
| 연도 | 내용 |
|---|---|
| 1825년 | 윌리엄 스터전에 의해 전자석이 발명되었다. |
| 1917년 | 혼다 고타로 등에 의해 KS강이 발명되었다. |
| 1931년 | 미시마 도쿠시치에 의해 MK강이 개발되었다. |
| 1933년 | 알니코 자석이 발명되었다. |
| 1934년 | 신 KS강이 개발되었다. |
2. 3. 현대
엘리자베스 1세의 어의였던 윌리엄 길버트는 저서 『자석 및 자성체 그리고 대자석으로서의 지구의 생리학』에서 자석에 대한 기존의 현상들을 상세히 검증했다. 나침반의 지북성을 논하면서 구형 자석을 제작하여 자침의 움직임을 관찰했고, 그 결과 지구 자체가 자석이라고 결론지었다. 또한, 호박 등이 가벼운 깃털 등을 끌어당기는 정전기적 인력은 자력과는 다른 현상이라고 설명했다. 길버트의 실험과 논증 방법은 이후 과학에 큰 영향을 주었다.[55]산업혁명으로 제철 및 야금 기술이 발전했지만, 자석에는 철이나 탄소강만 사용되어 특별한 진전은 없었다.[55] 그러나 20세기에 들어 일본의 혼다 고타로 등이 "KS강"을 발명하면서 근대 자석의 첫걸음이 시작되었고, 이는 산업 발전에 크게 기여했다.[55]
현대에 개발된 자석은 다음과 같다.
| 연도 | 사건 |
|---|---|
| 1825년 | 윌리엄 스터전에 의해 전자석이 발명되었다. |
| 1917년 | 혼다 고타로 등에 의해 KS강이 발명되었다. |
| 1931년 | 미시마 도쿠시치에 의해 MK강이 개발되었다. |
| 1933년 | 알니코 자석이 발명되었다. |
| 1934년 | 신 KS강이 개발되었다. |
| 1937년 | 도쿄 공업대학의 가토 요고로, 타케이 타케시에 의해 페라이트 자석이 발명되었다. |
| 1970년대 전반 | 사마륨 코발트 자석이 발명되었다. |
| 1971년 | 도호쿠 대학의 금자에 의해 철-크롬-코발트 자석이 개발되었다. |
| 1970년대 | 마쓰시타 전기(현재: 파나소닉)에 의해 망간알루미늄 자석이 개발되었다. |
| 1982년 | 스미토모 특수금속(현재: 히타치금속 NEOMAX)의 사가와 진인에 의해 네오디뮴 자석이 발명되었다. |
| 2004년 | 영국의 더럼 대학교 연구자들에 의해 플라스틱 자석이 발명되었다. |
자석의 원리는 자기장, 자기 모멘트, 자화라는 세 가지 주요 개념으로 설명할 수 있다.
3. 원리
자석은 자체적으로 자기장을 생성하고, 외부 자기장에 반응한다. 자석이 만드는 자기장의 세기는 자기 모멘트의 크기에 비례한다. 외부 자기장에 놓인 자석은 자기 모멘트를 자기장과 평행하게 정렬하려는 토크를 받는다.[16] 이 토크의 크기는 자기 모멘트와 외부 자기장 모두에 비례한다. 자기장이 균일하지 않으면 자석은 힘을 받을 수도 있다.[17]
자석의 모델에는 자기 극 모델과 원자 전류 모델 두 가지가 있다.
자석의 북극은 자유롭게 매달았을 때 지구의 지구 자기 북극을 향하는 극이다. 서로 다른 극은 끌어당기므로, 지구 자기 북극은 사실상 지구 자기장의 남극이다.[21][22][23][24] 관례적으로 자기력선은 자석의 북극에서 나와 남극으로 들어간다.[24]
3. 1. 자성
자기선속밀도(자기 '''B'''장 또는 단순히 자기장이라고도 하며, 일반적으로 '''B'''로 표기)는 벡터장이다. 공간의 주어진 지점에서 자기 '''B'''장 벡터는 다음 두 가지 특성으로 지정된다.[14]
# 방향: 나침반 바늘의 방향을 따라 정렬된다.
# 크기(강도라고도 함): 나침반 바늘이 그 방향을 따라 얼마나 강하게 정렬되는지에 비례한다.
국제단위계 단위에서 자기 '''B'''장의 세기는 테슬라로 나타낸다.[14]
자석의 자기 모멘트 (또는 자기 쌍극자 모멘트라고도 하며 일반적으로 '''μ'''로 표기)는 자석의 전반적인 자기적 특성을 나타내는 벡터이다. 막대 자석의 경우, 자기 모멘트의 방향은 자석의 남극에서 북극으로 향하며,[15] 그 크기는 이 두 극의 세기와 거리와 관련이 있다. SI 단위에서 자기 모멘트는 A·m2(암페어 제곱미터)로 지정된다.
자석은 자체 자기장을 생성하고 자기장에 반응한다. 자석이 생성하는 자기장의 세기는 어떤 지점에서든 자기 모멘트의 크기에 비례한다. 또한, 자석을 다른 원천에서 생성된 외부 자기장에 놓으면 자기 모멘트를 자기장과 평행하게 정렬하려는 토크가 작용한다.[16] 이 토크의 크기는 자기 모멘트와 외부 자기장 모두에 비례한다. 자석은 자석과 원천의 위치와 방향에 따라 한 방향으로 움직이도록 하는 힘을 받을 수도 있다. 만약 자기장이 공간적으로 균일하다면, 자석은 순 힘을 받지 않지만 토크는 받는다.[17]
면적이 ''A''이고 전류 ''I''가 흐르는 원형 도선의 자기 모멘트 크기는 ''IA''와 같다.
자화된 물질의 자화는 단위 부피당 국소적인 자기 모멘트 값으로, 일반적으로 '''M'''으로 표기하며 단위는 A/m이다.[18] 벡터(자기 모멘트처럼)가 아니라 벡터장이다. 왜냐하면 자석의 서로 다른 영역은 방향과 세기가 다르게 자화될 수 있기 때문이다. 좋은 막대 자석은 0.1 A·m2의 크기의 자기 모멘트와 1 cm3 또는 1×10−6 m3의 부피를 가질 수 있으므로 평균 자화 크기는 100,000 A/m이다. 철은 약 백만 암페어/미터의 자화를 가질 수 있다. 이렇게 큰 값은 철 자석이 자기장을 생성하는 데 매우 효과적인 이유를 설명한다.
자석에는 자기 극과 원자 전류라는 두 가지 다른 모델이 존재한다.
많은 목적을 위해 자석을 뚜렷한 북극과 남극을 가진 것으로 생각하는 것이 편리하지만, 극의 개념을 문자 그대로 받아들여서는 안 된다. 그것은 단지 자석의 두 다른 끝을 가리키는 방법일 뿐이다. 자석은 반대쪽에 뚜렷한 북극이나 남극 입자가 없다. 북극과 남극을 분리하려는 시도로 막대 자석을 두 조각으로 부수면, 각각이 북극과 남극을 모두 가진 두 개의 막대 자석이 된다.
자석 전문가들은 영구 자석을 설계하는 데 자기 극 접근 방식의 한 버전을 사용한다. 이 접근 방식에서 자석 내부의 자화의 발산 ∇·'''M'''은 자기 단극의 분포로 취급된다. 이것은 수학적 편의이며 자석에 실제로 단극이 있다는 것을 의미하지는 않는다. 자기 극 분포가 알려진 경우, 극 모델은 자기장 '''H'''를 제공한다. 자석 외부에서는 자기장 '''B'''가 '''H'''에 비례하는 반면, 내부에서는 자화가 '''H'''에 더해져야 한다. 내부 자기 전하를 허용하는 이 방법의 확장은 강자성 이론에 사용된다.
또 다른 모델은 앙페르 모델로, 모든 자화는 재료 전체에 걸쳐 미시적 또는 원자적 원형 결합 전류(암페르 전류라고도 함)의 효과 때문이다. 균일하게 자화된 원통형 막대 자석의 경우, 미시적 결합 전류의 순 효과는 자석이 원통 축에 수직인 국소 유동 방향을 가진 표면을 따라 흐르는 거시적 전류판이 있는 것처럼 작용하게 만듭니다.[19] 재료 내부의 원자 내 미시적 전류는 일반적으로 인접한 원자의 전류에 의해 상쇄되므로 표면만이 순 기여를 한다. 자석의 바깥층을 깎아내도 자기장이 ''소멸되지 않고'', 재료 전체의 원형 전류에서 상쇄되지 않은 새로운 표면이 남게 된다.[20] 오른손 법칙은 양전하 전류가 어떤 방향으로 흐르는지 알려준다.
자석의 북극은 자석이 자유롭게 매달렸을 때 지구의 지구 자기 북극(북극)을 향하는 극으로 정의된다. (자기극과 지리적 극은 일치하지 않으며, 자기 편각 참조). 서로 다른 극(북극과 남극)은 서로 끌어당기므로, 지구 자기 북극은 사실상 지구 자기장의 ''남극''이다.[21][22][23][24] 관례적으로 자석의 자기력선은 자석의 북극에서 나와 남극으로 다시 들어간다.[24]
일반적으로 '자석'이라는 용어는 외부 자기장이 없어도 자체적으로 지속적인 자기장을 생성하는 물체에 사용된다. 자기에는 여러 유형이 있으며, 모든 재료는 적어도 하나의 유형을 나타낸다.
대부분의 공학적 응용 분야에서는 MKS(합리화된) 단위 또는 SI(국제단위계) 단위를 일반적으로 사용한다. 가우스 단위계와 CGS-EMU 두 가지 다른 단위계는 자기적 특성에 대해 동일하며 물리학에서 일반적으로 사용된다.
| SI 단위 | CGS 단위 | |
|---|---|---|
| 자기 유도장 B | 테슬라(T) | 가우스(G) |
| 자기장 H | 암페어턴/미터(A·turn/m) | 에르스테드(Oe) |
| 자화 M | 암페어/미터(A/m) | 에르스테드(Oe) |
- SI 단위계에서, '''B''' = ''μ''0('''H''' + '''M''') (''μ''0는 진공의 투자율). CGS 단위계에서는 '''B''' = '''H''' + 4π'''M'''.
- 영구 자석이 아닌 물질은 일반적으로 SI 단위계에서 '''M''' = ''χ'''''H''' (''χ''는 자기 감수율).
철에는 원래 자석이 되는 성질, 즉 자성이 있다.[55] 철 원자 내부에는 작은 자석(자구)이 다수 존재하는 구조로 되어 있지만, 자극의 방향이 일정하지 않은 상태로 고정되어 있어 전체적으로 자력이 상쇄되므로 자석이 아니다.[55]
그러나 철에 영구자석(자극의 방향이 변하지 않도록 구조화된 자석)을 가까이 하면 자극이 정렬하여 자석이 되고, 반대로 멀리 하면 다시 자석이 되지 않는다.[55] 이러한 성질은 철뿐만 아니라 니켈과 코발트에도 나타난다.[55]
3. 2. 전기와 자기
전기와 자기의 힘은 서로 불가분이다. 이러한 관계는 전자기학의 기본 방정식인 맥스웰 방정식으로 나타난다.[16]3. 3. 초전도와 자기
초전도체에는 자기장을 밀어내는 마이스너 효과라는 성질이 있다. 초전도체에 자석을 가까이 가져가면, 초전도체는 자기장을 밀어내므로 마치 같은 극끼리의 자석을 가까이 한 것처럼 반발하는 것처럼 보인다. 이를 통해 자석 위에 초전도체를 부상시킬 수 있다. 또한, 핀닝 효과에 의해 자석 위에 안정적으로 머물 수 있다.MRI 및 자기부상열차에서는 강력한 자기장이 필요하지만, 이를 실현할 수 있는 영구자석은 쉽게 존재하지 않는다. 또한, 전자석으로 실현하기 위해서는 코일에 큰 전류를 흘릴 필요가 있다. 그러나, 구리 등 저저항의 배선 재료를 사용하더라도, 이 전류에 의한 발열을 견딜 수 없다. 이 문제를 해결하는 것이 코일에 초전도체를 사용한 초전도전자석이다. 초전도체 재료는 전기 저항이 0이므로, 큰 전류를 흘려도 발열하지 않는다. 초전도 코일에는 자기장에 강한 제2종 초전도체를 사용할 필요가 있다.
4. 종류
일반적으로 '자석'은 외부 자기장이 없어도 자체적으로 지속적인 자기장을 생성하는 물체를 의미한다. 특정 종류의 재료만 이러한 현상을 보이며, 대부분의 재료는 외부 자기장에 반응하여 자기장을 생성하는 '자기' 현상을 나타낸다. 자기에는 여러 유형이 있으며, 모든 재료는 적어도 하나의 유형을 보인다.
재료의 전반적인 자기적 거동은 재료의 구조, 특히 전자 배치에 따라 크게 달라질 수 있다. 다양한 재료에서 관찰된 자기적 거동의 몇 가지 형태는 다음과 같다.
- 강자성체 및 페리자성체: 자석에 강하게 끌리는 재료로, 일반적인 냉장고 자석이 그 예이다. 페라이트, 자철석, 마그네타이트 등이 이에 해당한다.
- 상자성체: 백금, 알루미늄, 산소와 같이 자석의 양극에 약하게 끌리는 재료이다.
- 반자성체: 탄소, 구리, 물, 플라스틱과 같이 양극 모두에 의해 밀쳐지는 재료이다. 초전도체는 내부에서 자기장을 밀어내 강한 반자성을 띤다.
스핀 유리, 초상자성, 초반자성, 메타자성과 같은 다양한 다른 유형의 자기도 존재한다.
많은 물질들은 짝짓지 않은 전자 스핀을 가지고 있으며, 대부분 상자성체이다. 스핀들이 서로 상호 작용하여 자발적으로 정렬될 때, 이러한 물질들을 강자성체라고 한다. 철광석(마그네타이트 또는 자철석), 코발트, 니켈, 희토류 금속인 가돌리늄, 디스프로슘 등이 자연 발생적인 강자성체에 해당한다.
세라믹 또는 페라이트 자석은 산화철 분말과 바륨/스트론튬 세라믹의 소결된 복합재로 만들어진다. 저렴한 비용으로 다양한 모양의 자석을 쉽게 대량 생산할 수 있다. 부식되지 않지만 취성이 있다.
알니코 자석은 알루미늄, 니켈, 코발트와 철을 결합하고 소량의 다른 원소를 첨가하여 만든다. 부식에 강하고 페라이트보다 물리적 특성이 좋지만 금속만큼은 아니다.
사출 성형 자석은 다양한 유형의 수지와 자성 분말의 복합재로, 복잡한 모양의 부품을 제조할 수 있다.
플렉시블 자석은 높은 보자력을 가진 강자성 화합물(일반적으로 산화철)과 수지성 고분자 바인더를 혼합하여 만든다.[41] 시트로 압출되어 강력한 원통형 영구 자석 위를 지나가게 하여 자성을 부여한다. 자력은 약하지만 매우 유연할 수 있다.[36]
희토류( 란타노이드) 원소는 부분적으로 채워진 ''f'' 전자껍질을 가지고 있어 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있다. 사마륨-코발트 자석과 네오디뮴-철-붕소(NIB) 자석이 대표적이다.
1990년대에 발견된 단분자 자석(Single-Molecule Magnet, SMM)은 매우 낮은 온도에서 자기 모멘트를 저장할 수 있어, 기존 자석보다 훨씬 더 높은 밀도의 저장 매체를 제공할 가능성이 있다.
일부 나노 구조 재료는 마그논이라는 에너지 파동을 나타내는데, 이는 보스-아인슈타인 응축과 같은 방식으로 공통된 기저 상태로 합쳐진다.[37]
미국 에너지부는 영구 자석 기술에서 희토류 금속을 대체할 필요성을 확인하고 연구에 자금을 지원하고 있다. 2011년, 희토류 대체 프로젝트에 3160만달러가 지원되었다.[39] 질화철은 희토류를 사용하지 않는 자석에 유망한 재료이다.[40]
이 외에도 사마륨 코발트, 스칸듐, 이트륨, 네오디뮴 등의 자석 종류가 있으며, 가장 강력한 자석으로는 초전도 전자석이 있다.[57]
- 막대자석
- 말굽자석
- 고무자석 - 자석 가루에 고무를 섞어 만든 자석으로, 자성은 약하지만 다양한 용도로 활용하기 쉽다.
- 물자석 (자화수)
4. 1. 영구 자석
외부에서 자기장이나 전류를 공급받지 않고도 자석으로서의 성질을 비교적 장기간 유지하는 물체이다. 강자성 또는 페리자성을 나타내는 물체로, 히스테리시스가 크고, 상온에서 감자가 적은 것을 자화하여 사용한다. 영구 자석 재료에 관한 JIS 규격으로 JIS C2502가 있으며, 그 시험 방법에 관한 규격으로 JIS C2501이 있다.영구 자석은 물질의 구조에 따라 합금 자석, 페라이트 자석, 희토류 자석으로 분류된다.[53]
- 합금 자석: 철을 주성분으로 하는 가장 오래된 역사를 가진 영구 자석이다.[53]
- KS강
- MK강
- 알니코 자석(Alnico magnet) - 알루미늄, 니켈, 코발트 등을 원료로 한 자석이다. 20세기 중반까지 주류 자석이었지만, 이후 저렴하고 성형이 용이한 페라이트 자석 등에 주역 자리를 내주었다.
- 철-크롬-코발트 자석
- 망간알루미늄 자석
- 백금 자석
- 페라이트 자석: 철의 산화물을 원료로 하는 자석이다.[53] 1937년, 도쿄 공업대학의 가토 요고로, 타케이 타케시에 의해 발명되었다. 산화물 자석의 하나로, 산화철을 주원료로 하여 구워서 만든다. 자속밀도는 낮지만, 보자력이 높아 감자하기 어렵다. 전기 저항이 크고 와전류 손실이 낮아 고주파까지 적용할 수 있다. 경도는 비교적 높지만 잘 깨진다. 도자기이기 때문에 약품에 강하고 녹슬지 않는다. 굽기 전에는 분말이기 때문에 자유로운 형태로 만들 수 있다. 등의 특징이 있다. 페라이트 자석을 분말상태로 하여 고무에 섞은 고무 자석이나 플라스틱에 섞은 플라스틱 자석도 있으며, 이것들을 통틀어 본드 자석 또는 본디드 자석이라고 한다.[53]
- 희토류 자석: 희토류 원소와 코발트, 철의 금속간 화합물로 이루어진 자석이다.[53] 최대 에너지 곱은 페라이트 자석의 10배 이상의 자력을 가진다.[53] 단, 합금 자석에 비해 단단하지만 잘 부서진다.[53]
- 사마륨 코발트 자석 - 사마륨과 코발트를 원료로 한다. 조성비가 다른 "2-17계"와 "1-5계"가 있다. "1-5계"는 고가의 사마륨 비율이 높기 때문에 "2-17계"가 등장한 이후 거의 사용되지 않게 되었다. 강한 자력을 가지고 높은 내식성과 우수한 온도 특성(200°C 정도까지 사용 가능)을 가지는 것이 특징이다.
- 네오디뮴 자석
- 프라세오디뮴 자석
4. 2. 전자석
전자석은 가장 간단한 형태로, 하나 이상의 고리로 감긴 전선, 즉 솔레노이드이다. 전류가 전선을 통과하면 자기장이 생성된다. 자기장은 코일 근처(특히 내부)에 집중되며, 자기력선은 자석의 자기력선과 매우 유사하다. 이러한 효과적인 자석의 방향은 오른손 법칙에 의해 결정된다. 전자석의 자기 모멘트와 자기장은 전선 고리의 수, 각 고리의 단면적, 그리고 전선을 통과하는 전류에 비례한다.[45]전선 코일이 특별한 자기적 특성이 없는 재료(예: 마분지)에 감겨 있다면 매우 약한 자기장을 생성하는 경향이 있다. 그러나 철 못과 같은 연자성체 재료에 감겨 있다면 생성되는 순 자기장은 자기장 세기가 수백 배에서 수천 배까지 증가할 수 있다.
전자석의 용도에는 입자 가속기, 전동기, 고철 처리용 크레인 및 자기 공명 영상 장치가 포함된다. 일부 응용 분야는 단순한 자기 쌍극자보다 더 복잡한 구성을 사용한다. 예를 들어, 사중극 및 육중극 자석은 집속된 입자 빔을 생성하는 데 사용된다.
일반적으로 자성체 코어에 코일을 감고 전류를 흘림으로써 일시적으로 자력을 발생시키는 자석이 전자석이다. 기계 요소로 사용된다. 전류를 끊으면 자력은 사라진다.
4. 3. 기타
사마륨 코발트, 스칸듐, 이트륨, 네오디뮴 등의 자석 종류가 있으며, 가장 강력한 자석으로는 초전도 전자석이 있다.[57]- 막대자석
- 말굽자석
- 페라이트자석
- 네오디뮴자석
- 고무자석 - 자석 가루에 고무를 섞어 만든 자석으로, 자성은 약하지만 다양한 용도로 활용하기 쉽다.
- 물자석 (자화수)
페라이트 자석을 분말로 만들어 고무에 섞은 고무 자석이나 플라스틱에 섞은 플라스틱 자석을 통틀어 본드 자석이라고 한다.[53] 플라스틱 자석은 플라스틱에 자성을 띠는 금속을 섞어 만든 것이고,[54] 라버 마그넷(rubber magnet)은 합성고무에 자성을 띠는 금속을 섞어 만든 것이다.[54]
5. 구조
강자성체는 0.01mm 정도의 작은 자구로 이루어져 있고, 그 자구가 서로 다른 여러 방향을 이루기 때문에 전체적으로는 상쇄되어 자성을 띠지 않는다. 외부에서 자기장이 걸리면 이 자구의 경계를 이루는 자벽(磁壁)이 움직여서 자기장의 방향으로 향하는 자구가 커지고 반대쪽을 향해 있는 자구를 병합해서 자기장의 방향으로 간추려진 자구만으로 바뀐다. 자벽의 이동은 결정 속의 극히 미세한 석출물이나 내부 의곡(歪曲) 등이 방해한다. 그래서 자벽의 이동에 대한 장해물이 많은 재료는 외부의 자기장을 강하게 하지 않으면 자벽이 이동하지 않는다. 그 반면에 일단 자벽이 이동되고 나면 쉽사리 먼저의 상태로 되돌아가는 일도 없으므로, 외부 자기장을 없애 버려도 잔류 자기가 강하게 남는다.
영구 자석의 모양은 자기적 특성에 큰 영향을 미친다. 자석이 자화되면 자석 내부에 탈자장이 생성된다. 이름에서 알 수 있듯이, 탈자장은 자석을 탈자하여 자기적 특성을 감소시키는 역할을 한다. 탈자장의 세기 는 다음과 같이 자석의 자화 와 모양에 비례한다.
:
여기서 는 탈자 계수라고 하며, 자석의 모양에 따라 값이 다르다. 예를 들어, 자석이 구라면 이다.
탈자 계수의 값은 자석의 모양에 대한 자화 방향에도 따라 달라진다. 구는 모든 각도에서 대칭이므로 탈자 계수는 하나의 값만 가진다. 하지만 긴 원통 모양의 자석은 길이 방향으로 평행하게 자화되었는지 수직으로 자화되었는지에 따라 두 개의 서로 다른 탈자 계수를 갖게 된다.[16]
6. 재료
일반적으로 '자석'이라는 용어는 외부 자기장이 없어도 자체적으로 지속적인 자기장을 생성하는 물체에 사용된다. 특정 종류의 재료만 이러한 현상을 보인다. 그러나 대부분의 재료는 외부 자기장에 반응하여 자기장을 생성하는데, 이 현상을 자기라고 한다.
강자성체 및 페리자성체는 일반적으로 자성을 띤다고 생각되는 재료이며, 자석에 강하게 끌려 자석이 끌어당기는 힘을 느낄 수 있다. 이러한 재료는 자화를 유지하고 자석이 될 수 있는 유일한 재료이며, 일반적인 예로는 냉장고 자석이 있다. 페라이트와 가장 오랫동안 사용되어 온 천연 자성 재료인 자철석과 마그네타이트를 포함하는 페리자성체는 강자성체와 유사하지만 더 약하다.
상자성체는 백금, 알루미늄, 산소와 같이 자석의 양극에 약하게 끌린다. 반자성체는 양극 모두에 의해 밀쳐진다. 상자성체 및 강자성체와 비교하여 탄소, 구리, 물, 플라스틱과 같은 반자성체는 자석에 의해 더 약하게 밀쳐진다.
일반적인 결정질 원자 구조로 인해 스핀들이 상호 작용하는 방식 때문에, 일부 금속들은 천연 상태, 즉 광석으로 발견될 때 강자성체이다. 여기에는 철광석 (마그네타이트 또는 자철석), 코발트 및 니켈과 희토류 금속인 가돌리늄 및 디스프로슘(매우 낮은 온도에서)이 포함된다. 이러한 자연 발생적인 강자성체는 자기 현상에 대한 최초의 실험에 사용되었다.
세라믹 또는 페라이트 자석은 산화철 분말과 바륨/스트론튬 세라믹의 소결된 복합재로 만들어진다.
알니코 자석은 주조 또는 소결을 통해 알루미늄, 니켈, 코발트와 철을 결합하고 자석의 특성을 향상시키기 위해 소량의 다른 원소를 첨가하여 만든다.
사출 성형 자석은 다양한 유형의 수지와 자성 분말의 복합재로, 사출 성형으로 복잡한 모양의 부품을 제조할 수 있다.
=== 플렉시블 자석 ===
플렉시블 자석은 높은 보자력을 가진 강자성 화합물(일반적으로 산화철)과 수지성 고분자 바인더를 혼합하여 구성된다.[41] 이것은 시트로 압출되어 강력한 원통형 영구 자석의 라인 위로 통과한다. 이러한 자석들은 회전축에 대해 교번하는 자극이 위쪽을 향하도록(N, S, N, S...) 쌓여 있다. 이것은 플라스틱 시트에 교번하는 선 형태로 자극을 새긴다. 자석을 생성하는 데 전자기력은 사용되지 않는다.
희토류( 란타노이드) 원소는 부분적으로 채워진 ''f'' 전자껍질(최대 14개의 전자를 수용할 수 있음)을 가지고 있다. 이러한 전자의 스핀을 정렬하면 매우 강력한 자기장이 생성되므로, 가격이 문제되지 않는 소형 고강도 자석에 이러한 원소가 사용된다. 가장 일반적인 희토류 자석의 종류는 사마륨-코발트 자석과 네오디뮴-철-붕소(NIB) 자석이다.
2008년 기준으로 자기장 세기에 비해 가장 저렴한 영구 자석은 플렉시블 자석과 세라믹 자석이지만, 이들은 가장 약한 종류에 속하기도 한다. 페라이트 자석은 산화철과 Ba 또는 Sr 탄산염과 같은 저렴한 원료로 만들어지기 때문에 주로 저가 자석이다.
네오디뮴-철-붕소(NIB) 자석은 가장 강력한 자석 중 하나이다.
자연에서 산출되는 자석으로는 자철석(사산화삼철, Fe3O4, 마그네타이트)이 있다. 고대부터 잘 알려진 자석, 자철석(혹은 사철)으로 산출되었던 것은 바로 이 사산화삼철이다.
주로 철, 네오디뮴(네오짐), 사마륨, 코발트 등이 고성능 자석의 원료가 되고 있으며, 일반적으로 유통되는 자석의 대부분은 금속 자성 분말을 성형하여 구워 굳힌 소결자석(焼結磁石)이다.[54]
7. 활용
자석은 스피커, 나침반, 플로피 디스크, 하드 디스크, VHS 테이프, 카세트 테이프 등 다양한 제품에 사용되며, 공업적으로도 여러 용도로 사용된다.
- 자기 기록 매체: VHS 테이프에는 자기 테이프 릴이 들어 있다. 비디오와 사운드 정보는 테이프의 자성 코팅에 기록된다. 일반적인 오디오 카세트도 자기 테이프를 사용한다. 컴퓨터에서 플로피 디스크와 하드 디스크는 얇은 자성 코팅에 데이터를 기록한다.[26]
- 신용/직불/현금 카드: 신용, 직불, 현금 자동 입출금기 카드에는 한쪽 면에 자기 스트립이 있다. 이 스트립은 개인의 금융 기관에 연락하고 계정에 연결하는 정보를 담고 있다.[27]
- 구형 TV 및 컴퓨터 모니터: 브라운관을 사용하는 구형 텔레비전(평면 스크린이 아닌) 및 구형 대형 컴퓨터 모니터는 전자석을 사용하여 전자를 화면으로 유도한다.[28]
- 스피커와 마이크: 대부분의 스피커는 영구 자석과 전류가 흐르는 코일을 사용하여 전기 신호를 소리로 변환한다. 코일은 스피커 콘에 부착된 보빈에 감겨 있으며, 영구 자석의 자기장과 상호 작용하는 전류로 신호를 전달한다. 보이스 코일은 자기력을 느껴 콘을 움직여 소리를 낸다. 다이나믹 마이크는 이와 반대로 작동한다. 마이크에는 코일선에 부착된 진동판이 있고, 코일은 특수한 모양의 자석 안에 있다. 소리가 멤브레인을 진동시키면 코일도 진동하고, 자기장을 통과하면서 전압이 유도되어 소리의 특징을 담은 전류가 발생한다.
- 일렉트릭 기타: 일렉트릭 기타는 자기 픽업을 사용하여 기타 줄의 진동을 증폭 가능한 전류로 변환한다. 이는 스피커, 다이나믹 마이크와 달리 진동이 자석에 의해 직접 감지되고 진동판이 사용되지 않는다. 해먼드 오르간은 현 대신 회전하는 톤휠을 사용하여 비슷한 원리를 사용했다.
- 전동기와 발전기: 일부 전동기는 전자석과 영구 자석을 함께 사용하여 전기에너지를 기계에너지로 변환한다. 발전기는 반대로 도체를 자기장을 통해 이동시켜 기계 에너지를 전기에너지로 변환한다.
- 의학: 병원에서는 자기 공명 영상(MRI)을 사용하여 환자의 장기 문제를 발견한다.[29]
- 화학: 화학자는 핵자기 공명을 사용하여 합성된 화합물을 분석한다.
- 고정 장치: 척은 금속 가공 분야에서 물체를 고정하는 데 사용된다. 자석은 자석 베이스, 자석 클램프, 냉장고 자석 등에도 사용된다.
- 나침반: 나침반은 자기장, 가장 일반적으로 지구 자기장에 맞춰 정렬되는 자화된 지침이다.
- 예술: 비닐 자석 시트는 그림, 사진 등을 냉장고나 금속 표면에 부착하는 데 사용된다.
- 과학 프로젝트: 전류가 흐르는 와이어의 반발, 온도의 영향, 자석을 포함한 모터 등 다양한 주제가 자석을 기반으로 한다.
- 장난감: 자석은 가까운 거리에서 중력에 대응하는 능력으로 인해 자석 우주 바퀴, 레비트론 등 어린이 장난감에 자주 사용된다.
- 냉장고 자석: 냉장고 자석은 주방 장식, 기념품, 메모나 사진 고정 등에 사용된다.
- 장신구: 목걸이와 팔찌는 자석 잠금장치를 사용하거나 자석과 철의 연결로 구성될 수 있다.
- 자성 물체 집기: 자석은 작거나 닿기 어려운 자성 물체(못, 스테이플, 압정, 종이 클립)를 집는 데 사용된다. 일부 드라이버는 자화되어 있다.
- 고철 분리: 자석은 고철 및 재활용 작업에서 자성 금속(철, 코발트, 니켈)과 비자성 금속(알루미늄, 비철 합금 등)을 분리하는 데 사용된다. '자석 테스트'는 자동차 섀시의 유리섬유/플라스틱 퍼티 수리 영역을 감지하는 데 사용된다.
- 식품 산업: 식품 제조에서 금속 이물질을 제거하거나 오염을 감지하기 위해 자석이 사용된다.[30]
- 자기 부상 수송: 자기 부상 열차는 전자기력으로 차량을 부양, 안내, 추진하는 방식이다. 굴림 저항이 없어 효율적이며, 최고 기록 속도는 581km/h이다.
- 케이블 연결: 자석은 일부 케이블 연결에서 고장 안전 장치로 사용된다. MagSafe는 그 예시이다.
자석은 나침반으로 처음 실용화되었으며, 지구 자기장을 이용하여 방향을 찾는다. 나침반은 중국 송나라 시대에 발명되어 유럽으로 전래, 대항해시대를 열었다.[55] 현대에도 등산 등에 사용된다.
전자제품에서 흔히 볼 수 있는 자석은 모터와 스피커에 사용된다. 영구자석과 전자석을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 변환한다.
카세트테이프, 비디오테이프, 하드디스크 같은 기록매체는 자화 방향으로 정보를 기록한다. 전자기유도, 거대자기저항효과(GMR), 터널자기저항효과(TMR)가 정보 읽기에 사용된다.
전자현미경의 전자렌즈, 입자가속기 등에서 자석은 전자 등 하전입자를 휘게 한다. 토카막형 핵융합에서는 고온 플라스마를 가두는 데 사용된다.
리니어모터카의 자기부상, 리드 스위치, MR 센서 등 비접촉 센서와 함께 근접 감지, 위치 결정 등에 사용된다.
핵자기공명영상 같은 의료 용도로 사용된다.
소의 창상성 심낭염 예방에 알니코 자석이 사용된다.
폭발 등으로 인한 철 조각 제거에 강력한 자석이 사용된다.
혈류 촉진을 통한 건강 회복을 주장하는 대체의료 상품(장신구)이 많지만, 혈액 속 헤모글로빈의 철분은 자기에 반응하지 않는다.
자석을 이용한 틀니도 개발되고 있다.
작은 자석을 플라스틱 등으로 감싸 화이트보드 등에 붙이는 문구는 '마그넷'으로 불린다. 네오디뮴 자석을 사용한 신제품도 많다.
산업 분야에서는 리프팅 자석이 강판, 강철 부재 이동 및 철스크랩 분류에 사용된다. 크레인, 유압 굴착기에 부착하여 사용된다.
8. 보관 및 안전
영구자석은 보관을 잘해야 그 성질을 오랫동안 유지할 수 있다. 자석은 열이나 충격에 약하며, TV, 시계, 컴퓨터, 휴대폰, 의료기기, 카세트 테이프, 비디오 테이프, 신용카드, 체크카드 등에 가까이 두면 기능 이상을 일으킬 수 있다. 퀴리 온도 이상으로 가열하면 자성을 완전히 잃지만, 다시 자화시킬 수 있는 경우도 있다. 또한 일부 자석은 고온에서 파손될 수 있다.
최대 사용 온도는 알니코 자석이 540°C 이상으로 가장 높고, 페라이트와 SmCo 자석은 약 300°C, NIB 자석은 약 140°C이며, 플렉시블 세라믹 자석은 그보다 낮다. 하지만 정확한 수치는 재료의 등급에 따라 달라진다.
8. 1. 보관
영구자석은 말 그대로 영구적인 자석이다. 그러나 이는 영구 자석을 잘 보관했을 때이다.영구자석은 아래와 같은 규칙을 지켜 주지 않으면 성질을 잃기 쉽거나 영구적으로 자성을 유지하지 못한다.
- '''자석을 오랫동안 보관할 때 자석의 다른 극끼리 붙여 놓은 상태에서 저장한다.''' - 자석을 같은 극끼리 억지로 붙여 놓으면 그 성질이 오래 보존되지 못한다.
- '''자석을 쇠붙이(철)와 붙여 놓은 상태에서 저장한다.'''
- '''가열하거나 뜨거운 곳에 보관하여서는 안된다.''' - 자석은 열을 받으면 자성을 잃게 된다. 자성을 잃게 만들 수 있는 온도를 퀴리 온도라고 한다.
- '''자석에 충격을 가하는 것은 피한다.''' - 자석은 충격을 받아도 자성을 잃게 된다.
- '''자석을 TV, 시계, 컴퓨터, 휴대폰, 의료기기, 카세트 테이프, 비디오 테이프, 신용카드 또는 체크카드에 가까이 하여서는 안된다.''' - 자기에 의해 기능 이상이 발생할 수 있다.
8. 2. 안전
정적인 자기장 노출은 인체에 큰 영향이 없다는 것이 주류 과학계의 입장이지만, 동적인 자기장은 다를 수 있다. 전자기 방사선과 암 발생률 간의 상관관계가 제기되기도 한다. (전자기 방사선과 건강 참조)강자성 이물질이 인체 내부에 있는 경우, 외부 자기장과 상호작용하여 심각한 안전 문제를 일으킬 수 있다.[31]
심장 박동기를 이식한 환자는 자기장에 노출되면 안 된다. 심장 박동기는 규칙적인 심장 박동을 유도하는 장치인데, 강한 자기장이 이를 방해할 수 있기 때문이다. 따라서 심장 박동기 이식 환자는 자기 공명 영상(MRI) 검사를 받을 수 없다.
어린이가 장난감 등에 포함된 작은 자석을 삼키는 경우가 있는데, 이는 매우 위험하다. 특히 여러 개의 자석을 삼킨 경우, 자석들이 소화관 내부에서 서로 끌어당겨 소화관을 압박하거나 구멍을 낼 수 있다.[32][56]
자기 공명 영상(MRI) 장치는 매우 강력한 자기장을 발생시키므로, MRI 검사실에는 철금속 물체를 반입해서는 안 된다. 철금속 물체가 강한 자기장에 의해 갑자기 튕겨 나갈 수 있어 심각한 안전사고를 유발할 수 있기 때문이다.
9. 소자(消磁)
자화된 강자성체는 다음과 같은 방법으로 소자(消磁)할 수 있다.
- 퀴리점을 초과하는 온도로 가열하여 자성체의 자구(磁区) 배열의 질서를 흐트러뜨림으로써, 결과적으로 순 자기 모멘트를 0으로 만들 수 있다.
- 교류 자기장을 자성체에 걸어주는 방법이다. 이때 교류 자기장의 세기는 자성체의 보자력을 초과해야 한다. 그 후 교류 자기장을 서서히 낮춰 0으로 만들거나, 또는 자성체를 자기장에서 제거함으로써 자화를 0으로 만들 수 있다. 이 방법은 신용카드나 하드 디스크의 기록을 지우는 일반적인 방법이다.
- 자석의 일부가 자성 재료의 보자력 이상의 역장에 노출되면 일부 탈자 또는 역자화가 발생한다.
- 자석이 자성 재료의 B-H 곡선(탈자 곡선)의 제2 사분면의 선형 부분에서 벗어나도록 이동시키기에 충분한 순환 자기장에 노출되면 탈자가 점진적으로 발생한다.
- 두들기기 또는 충격 주기: 기계적 방해는 자기 도메인을 무작위화하고 물체의 자화를 감소시키는 경향이 있지만, 용납할 수 없는 손상을 야기할 수 있다.
참조
[1]
웹아카이브
Platonis Opera
https://archive.org/[...]
Meyer and Zeller
[2]
웹사이트
Magnet
http://www.languageh[...]
2005-05-28
[3]
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