자석은 왜 고철에만 작용(붙는지) 이유가 궁금합니다.
자석은 생활에서 자주 이용하는 도구 인데요. 이 자석은 고철에게만 사용이 가능하다점입니다. 다른 합급이나 양은 그리고 스테인레스 재질에는 붙지 않는 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 과학전문가입니다.
처로가 같은 자성체는 원자 하나하나가 자석과 같은 성질이지만 자석에 가까워지면 원자들이 규칙적으로 배열되어 자석에 붙게 됩니다.
자석이 고철에만 작용하는 이유는 고철이 자기력을 잘 가지고 있기 때문입니다.
고철은 전자의 스핀과 궤도 운동에 의해 자기 모멘트(magnetic moment)를 가지고 있습니다. 이 자기 모멘트는 자기장에 반응하여 특정 방향으로 정렬되는 성질이 있습니다. 그리고 자석도 자기장을 생성하며, 이 자기장의 성질에 의해 고철과 자석이 서로 상호작용하게 됩니다.
자석의 자기장은 전자가 회전하거나 움직일 때 생성됩니다. 이 때 생성되는 자기장은 고철의 자기 모멘트와 상호작용하여 자석과 고철이 서로 붙게 되는 것입니다.
반면에, 다른 물질들은 고철과 달리 자기 모멘트가 작아서 자기장과 상호작용하지 않거나, 자기 모멘트의 방향이 자기장과 반대로 되어 자기장과 상호작용할 때 오히려 서로 반발력을 나타내는 경우가 있습니다. 이러한 이유로 자석은 고철에만 작용하게 됩니다.
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
엄밀하게 말하면 자석에 달라붙는 물질은 자석 뿐입니다. 철이나 니켈이 자석에 달라붙는 이유는 그 물질들이 자석 근처에서 자기장에 의해 일시적으로 자석으로 변하기 때문입니다. 즉 붙는 이유가 자석에 있는 것이 아니라 그 물질에 있다는 것이지요.
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
일단 모든 물질에는 고유한 투자율(permeability) 라는 것이 있습니다
그리고 그 물질의 투자율을 진공의 투자율 (4π * 10^-7 H/m) 로 나눈 것을 상대 투자율이라고 하죠
그러니까 예를 들어서 니켈의 상대투자율이 250 정도인데, 따라서 진공의 250배라는 얘기지요..
물질의 자기적 성질은 이 투자율에 따라 결정됩니다
우선 상대투자율이 1과 비슷한데 조금 작은 놈을 반자성체(diamagnetic) 이라고 하는데,
이 놈들은 외부에서 자기장을 걸어주지 않는 한은 원자 각각 총 자기 모멘트 (net magnetic moment)가
0이 되거든요.. 자기 모멘트가 없으면 자력도 발생하지 않죠..
그래서 이 놈들은 자석이 끌어당길 수 없습니다
자기장을 걸어줬다가 제거해도 곧바로 자력을 잃지요..
대표적인 것들이 비스무스, 구리, 납, 수은, 게르마늄, 은, 금, 다이아몬드 같은 것들이지요
다음은 상대투자율이 1과 비슷한데 조금 큰 놈들인데 이 놈들은 상자성체(paramagnetic) 이라고 하고,
얘들은 자기 모멘트가 완전히 상쇄되지 않고, 원자나 분자가 자기 모멘트를 가지는 놈들입니다
얘들은 외부에서 자기장을 걸어주면 굉장히 약한 자력을 띄는데, 열적인 random process를 거쳐서
금방 잃습니다..
(random process에 관해서는.. 설명드리기가 어렵네요.. 통계역학에 대해서만 설명해도 장난 아니라서..)
대표적인 것들이 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 텅스텐 같은 것들입니다
다음은 상대투자율이 1보다 훨씬 큰 강자성체(ferromagnetic) 이라는 놈들입니다
얘들은 자화영역(magnetized domain) 이라는 것을 가지고 활동을 하는데, 그 결과로
외부 자기장이 없이도 자기 모멘트가 존재하게 되지요..
얘들은 철과 같이 자석이 끌어당길 수 있는 놈들입니다
그런데 얘기가 더욱 복잡해지는 것이,
강자성체랑 비슷한데 조금 다른 놈들이 있거든요..
자, 아래 그림을 보세요..
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이걸 더하면 ----------------> 이렇게 되겠죠 ? 이게 강자성체입니다.. 그런데
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이걸 더하면 아무 것도 남지 않죠 ? 이런 원리로 자력을 보이지 않는 놈들이 있는데
그게 항자성체(antiferromagnetic) 입니다
대표적으로 크롬과 망간 같은 것이 여기에 속합니다
안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.
자석은 자기력을 이용하여 다양한 물체들을 붙이거나 분리하는 등의 용도로 사용되며, 이러한 자기력의 원리는 전자의 스핀과 관련이 있습니다. 자석이 고철에게만 작용하는 이유는 고철이 자기적으로 구성되어 있기 때문입니다.
고철은 원자 내부의 전자가 특정한 방식으로 배열되어 있어서 자기적인 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성 때문에 고철은 자기장을 만들어내는데 큰 역할을 합니다. 자석도 고철과 비슷한 원리로 작동하기 때문에, 고철에게만 자석이 작용하는 것입니다.
다른 합금이나 재질들은 고철과는 다르게 전자의 배열이나 분포가 다른 경우가 많기 때문에 자석이 작용하지 않을 수 있습니다. 또한, 자석이 작용하는 강도는 자석의 자성과 물체의 자성이 얼마나 잘 맞아떨어지느냐에 따라 달라지기 때문에, 고철이 아닌 물체들과도 자석이 작용하는 경우가 있을 수 있습니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
자석이 고철에만 작용하는 이유는 고철이 자기성을 지니기 때문입니다. 이를 자기적 물질이라고 합니다.
자기적 물질은 분자 내부에 전자가 있고, 전자가 회전하면서 자기장을 만들어냅니다. 이 자기장이 바깥으로 나타나면서 전체 물질이 자기장을 지니게 됩니다.
고철은 그 중에서도 특히 자기성이 강한 금속으로, 분자 내부에 있는 전자의 회전이 균일하게 일어나서 매우 강한 자기장을 만들어냅니다.
자석과 고철이 서로 상호작용하는 이유는 자기장끼리 상호작용하기 때문입니다. 자석은 자기장을 만들어내기 때문에, 고철과 같은 자기적 물질과는 상호작용하여 끌어당기거나 밀어내는 현상이 일어나게 됩니다.
그러나 다른 물질들은 고철과 같이 강한 자기성을 지니지 않기 때문에 자기장과 상호작용하지 않습니다. 따라서 자석이 다른 물질에 붙지 않는 것입니다.
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
자석은 철 이외에 니켈, 코발트 등과 같은 특정한 금속만 자기력을 통해 붙을 수 있습니다. 이러한 금속들은 특별한 성질을 가지고 있어서 자기력을 띠는데, 이를 페로자성이라고 합니다.
철은 페로자성이 가장 강한 금속 중 하나이며, 자기력이 매우 강합니다. 따라서 자석은 철에 붙을 수 있게 됩니다. 그러나, 다른 금속도 자기력을 가질 수 있지만, 철에 비해 그 힘이 약하거나 온도나 압력 등의 환경 조건에 따라 변화할 수 있습니다.
자석은 전자의 스핀이라는 양자적 성질에 의해 생성됩니다. 이 스핀은 전자가 회전하는 방향을 나타내며, 이 회전이 서로 정렬될 때 자기장이 형성됩니다. 페로자성을 가지는 금속들은 이러한 스핀의 방향이 서로 정렬되어 있어서, 자기장을 형성하고 자석과 상호작용할 수 있습니다.
자석이 고철에 붙는 이유는 자기력에 기인합니다.
자기력은 자성체 주변에 존재하는 자기장에 의해 발생합니다. 고철은 자기장에 대해 강한 반응을 보이며, 자기장이 존재하는 곳에는 자성체가 있는 고철 입자들이 자기장의 방향에 따라 정렬됩니다. 이때, 자기장과 고철 입자들 사이에 생기는 힘이 자기력입니다. 이 힘은 고철 입자들이 자기장에 따라 자성체의 방향을 따라가려는 경향을 가지게 하며, 이로 인해 자석과 고철이 서로 붙게 됩니다.
따라서, 자석이 고철에 붙는 이유는 자기장과 고철 입자들 사이의 자기력 때문입니다. 이와 같은 원리를 이용하여 자석이 고철을 붙이는 것은 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.자석은 일반적으로 자기장을 발생시키는데, 이는 전자의 스핀(spin)과 관련이 있습니다. 철과 같은 자성체는 원자 내부의 전자 스핀이 정렬되어 있어서 자기장을 만들어내는 반면, 합금이나 스테인레스 재질 등의 비자성체는 원자 내부의 전자 스핀이 서로 뒤섞여 있어서 자기장을 만들어내지 못합니다.
따라서 자석은 철과 같은 자성체에만 부착되는 것이 일반적이며, 비자성체인 합금이나 스테인레스 재질에는 부착되지 않습니다. 이러한 특성을 이용하여 자석으로 철과 같은 자성체를 분리하거나, 철과 비자성체를 분리하는 등의 용도로 활용됩니다.
안녕하세요.자석이 고철에만 붙는 이유는, 고철이 자기적인 특성을 가지고 있기 때문입니다. 고철은 자기장을 생성하고 유지하는데 중요한 역할을 하는 원소 중 하나인 철(Fe)을 포함하고 있습니다.
자석은 자기장을 생성하며, 그 자기장은 다른 자기 물질에 영향을 미칩니다. 자기장이 강한 자석은 자기장이 약한 자석보다 더 많은 물질에 영향을 미칩니다. 고철은 자기장을 매우 잘 받아들이는데, 이는 고철 내부의 원자들이 자기장과 상호작용하기 때문입니다.
반면, 스테인레스 스틸은 크롬과 같은 금속의 합금으로 이루어져 있습니다. 이러한 합금은 고철보다 자기적인 특성이 약하기 때문에 자기장에 영향을 받지 않습니다. 따라서 자석은 스테인레스 스틸에 부착되지 않습니다.
따라서 자석이 특정 물질에 붙을지 여부는 그 물질이 자기적인 특성을 가지고 있는지 여부에 달려 있습니다.
