자화와 자성체
작성일 : 2024년 03월 09일 (Saturday)
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자화
어떤 물질에 자기장을 가했을 때 내부의 자기 쌍극자가 자기장의 방향으로 정렬되는 것을 자화라고 한다.
자기 쌍극자와 토크
자기 쌍극자가 자화되는 이유는 자기장 내에서 자하에 토크가 가해지기 때문이다. 그렇다면 자기 쌍극자 하나에 가해지는 토크는 얼마일지 구해보자.
자성체의 종류
자화되는 성질은 자성체의 종류에 따라 다르다. 전기장이 가해지면 유전체들은 모두 한 방향으로 분극되는 것과 달리, 자성체는 물질의 특성에 따라 자기장의 방향을 따라 자기 쌍극자가 정렬되는 경우도 존재하고 아니면 반대의 방향으로 정렬하는 경우도 존재한다. 자기장의 방향을 따라서 자기 쌍극자가 정렬되는 물질을 상자성체라고 하고 반대방향으로 정렬되는 물질을 반자성체라고 한다. 최근에 핫한 초전도체는 반자성체의 완전한 버전으로 외부에서 자기장을 걸었을 때 내부에 외부의 자기장을 상쇄할 수 있을 정도로 자화가 되어 내부 자속밀도가 0이 되게끔 하는 물질을 말한다.
상자성체와 반자성체 외에 강자성체라는 물질도 존재한다. 강자성체는 상자성체와 달리 자기쌍극자가 한번 정렬되면 그 정렬이 오랫동안 유지되는 물질을 말한다.
쌍극자에 가해지는 토크와 힘
전기쌍극자가 전기장 내에서 토크를 받는 것처럼, 자기쌍극자 역시 자기장 내에서 토크를 받는다. 자기쌍극자가 자기력선에 걸치면 걸쳐진 지점에서 접선방향의 N에서 S극 방향으로 토크를 받는다.
균일한 자속밀도 B가 있는 3차원 공간의 원점에서 놓인 직사각형 모양의 도선이 있다. (극각 : $\theta$) 자속밀도의 방향은 z방향이라고 할 때, 이 도선에 가해지는 토크를 구해보자.
먼저 위에 표시한 빨간색 방향의 기운 도선에 가해지는 토크는 모두 상쇄된다. 수평방향의 도선도 마찬가지로 모든 힘은 상쇄된다. 하지만, 이 수평방향의 도선으로 인해 토크가 생성된다.
