학문
냉철한라마35
강자성체의 히스테리시스 곡선과 잔류 자성의 원리
강자성체에 외부 자기장을 가했다가 자기장의 세기를 다시 0으로 줄여도 물질 내부의 자화 상태가 완전히 사라지지 않고 잔류 자성으로 남아있게 되는 히스테리시스 현상을 설명해 주세요.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
강자성체 안에는 원자 자기 모멘트가 한 방향으로 정렬된 자기 구역이 수없이 있고, 자화되지 않은 상태에서는 구역들의 방향이 제각각이라 전체 자화가 0에 가까워요.
외부 자기장을 걸면 구역 경계인 자벽이 움직이며 자기장 방향과 비슷한 구역이 커져요. 자기장을 더 키우면 남은 구역의 방향까지 돌아가 자화가 포화돼요. 그런데 자벽은 결정립계나 불순물 같은 결함을 지나갈 때 그 자리에 걸려 붙잡혀요. 그래서 자기장을 0으로 줄여도 자벽이 원래 위치로 돌아가지 못하고 정렬된 구역이 상당 부분 그대로 남는데, 이게 잔류 자화예요.
이 자화를 0으로 되돌리려면 반대 방향으로 일정 크기 이상의 자기장을 걸어 자벽을 다시 밀어내야 하고, 이 값을 보자력이라고 해요. 자기장을 한 바퀴 돌리면 자화가 갈 때와 올 때 다른 길을 따라가 고리 모양의 히스테리시스 곡선이 생기고, 고리 넓이만큼의 에너지가 매 주기 열로 사라져요.
변압기 철심에는 고리가 좁은 규소강판 같은 연자성체를, 영구자석에는 보자력이 큰 네오디뮴 자석 같은 경자성체를 써요 :)
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채택된 답변안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
강자성체 내부에는 인접한 원자들의 전자 스핀이 같은 방향으로 정렬된 작은 영역인 자구들이 존재하며 외부 자기장을 가하면 이 자구들이 자기장 방향으로 정렬되고 그 벽이 이동하면서 물질 전체가 강력하게 자화됩니다 하지만 외부 자기장을 제거하더라도 자구 벽이 결정 결함이나 불순물 등에 걸려 원래 상태로 완전히 돌아가지 못하는 비가역적 이동 현상이 발생합니다. 이로 인해 외부 자기장이 0이 되어도 정렬된 자구 배치가 일부 유지되면서 잔류 자성이 남게 되며 이를 자화 이력 특성인 히스테리시스 곡선으로 나타냅니다 결국 강자성체의 정렬된 전자 스핀의 상호작용과 자구 벽의 비가역적 가역성이 물질 내부의 자기적 기억 효과를 만들어내는 근원입니다
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
강자성체 내부에는 작은 자석처럼 행동하는 자기영역인 자구가 많이 존재합니다.
외부 자기장을 가하게 되면 이 자구들이 자기장 방향으로 정렬되면서 물질 전체의 자화가 점점 커지게 됩니다. 자기장을 다시 0으로 줄여도 일부 자구는 원래의 무질서한 상태로 돌아가지 않고 정렬된 상태를 유지하게 됩니다. 이때 남아 있는 자화를 잔류 자성이라고 하고, 자석이 자기력을 계속 유지하는 이유가 되는 것입니다.
잔류 자성을 없애고 싶으면 반대 방향으로 자기장을 일정 크기 이상 가해줘야 하는데, 이때 필요한 자기장을 보자력이라고 합니다. 자기장을 증가시키고 감소시키는 과정에서 자화가 같은 경로로 돌아오지 않아 고리 모양의 히스테리시스 곡선이 만들어 지는 것이구요.
히스테리시스는 강자성체 내부 자구가 외부 자기장의 변화를 바로 따라가지 않고 이전 자화 상태를 어느 정도 기억하기 때문에 나타나는 현상입니다.