자석은 어떻게 만들어지는지 궁금해요
안녕하세요. 자석은 철을 붙게 만드는 것으로 알고 있어요. 그런데 왜 자석에는 N극과 S극으로 존재하고 그런 자석은 어떻게 만들 수 있는 것인지 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 김진성 과학전문가입니다.
자석은 고대 그리스 시대부터 사람들에게 알려졌지만, 자석의 원리는 20세기 초반, 양자역학이 등장함으로써 규명되었습니다.
우리가 자석이라고 부르는 물질은 그 원자 자체가 자석인 것이에요.
그 당시 과학자들은 원자를 분광기로 관측하여 원자가 내 뿜는 빛이 '선 스펙트럼'임을 관측했는데 이때의 선 스펙트럼의 에너지 값과 원자 자체에서 측정한 에너지 값이 일치 하지 않는 문제를 발견했죠.
그 원인은 원자 내부의 전자가 공전하며 발생시키는 자기장에 있었는데, 이 자기장에 의해서 원자에서 나오는 선 스펙트럼이 나뉘는 '제이만 효과'에 의한 것임이 밝혀졌습니다.
그러나 이로써도 선 스펙트럼이 갈라지는 현상을 정확히 설명하기엔 모자랐는데 이는 원자 내부의 전자가 공전만 하는 것이 아니라 자전까지 하기 때문인 것으로 나타났어요.
원자가 자전을 하게되면 자전축을 기준으로 자기장이 형성되는데 이때 자전방향이 시계 반대방향이면 자전축 위쪽이 N극이 되고, 자전축 아래쪽이 S극이 된다. 시계방향일 경우에는 이와 반대입니다.
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안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
자기장(자석)을 갖는 방법은 2가지가 있습니다. 전류, 스핀이 있는데 이에 대한 개념 설명을 먼저 드리겠습니다.
전류란 전하량(전기적 +, - 극)을 가진 물질이 움직이게 되면 이를 전류라고 합니다. 즉, 시간당 이동한 전하량입니다. 전류가 흐르게 되면 흐르는 전류 주변으로 자기장이 생깁니다. 이러한 현상을 패러데이라는 과학자가 발견하였습니다.
스핀이란 자연을 이루는 기본적인 입자, 전자, 광자(빛), 양성자(쿼크 3개), 중성자(쿼크 3개) 등이 가지고 있는 물리량으로 자기장에 반응(상호작용)하며 스핀 간의 상호작용도 합니다. 또한, 스핀이 자기장을 만들기도 하죠. 스핀은 질량, 전하량 처럼 물질이 가지고 있는 물리량입니다
안녕하세요.
쇳조각을 끌어당기는 물질을 자석이라고 하는데, 주로 자철광이라 불리는 광물로 만든 자석이 대표적 입니다. 현재까지 발견된 모든 자석은 자기 쌍극을 가집니다. 지구 역시 하나의 거대한 자석이며, 나침반은 이러한 지구의 자기장을 이용해 만들어진 발명품입니다. 전자석은 코일을 여러 겹 감아놓은 금속 도선으로 전류를 흘리면 주위에 자기장을 형성하여 자석이 됩니다. 전자석은 자기장의 세기와 방향을 변화시킬 수 있고 자기장을 생성했다가 소멸시킬 수도 있어서 발전기와 변압기 등에 매우 유용하게 쓰이고 있습니다.
원자가 원자핵 주위를 돌면서 전자가 공전하는데, 이때의 축에 의해 N극과 S극이 만들어 집니다.
자석은 철이나 니켈과 같은 금속에 자기장을 노출시키면 자석이 됩니다.
이러한 철과 니켈을 강자성 금속이라고 합니다.