자석은 어떻게 해서 만들어지는건가요??
안녕하세요
자석은 어떻게 해서 만들어지는건가요??
원래 자석이라는 소재가 있었나요?? 아니면 특수한 가공처리를 한건가요?
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
자석은 원래 자성체라는 소재를 사용하여 만들어집니다. 자성체는 전자 스핀이 한 방향으로 정렬되어 있는 물질을 말합니다. 자성체는 자연적으로 존재하는 것도 있고, 인공적으로 만들어진 것도 있습니다.
자연적으로 존재하는 자성체로는 자철석, 마그네타이트 등이 있습니다. 자철석은 지구에서 가장 흔한 자성체로, 주로 화산암이나 퇴적암에서 발견됩니다. 마그네타이트는 자철석보다 강한 자성을 가지고 있으며, 주로 철광석에서 발견됩니다.
인공적으로 만들어진 자성체로는 페라이트, 니켈-코발트 합금, 네오디뮴-철-보론 합금 등이 있습니다. 페라이트는 저렴하고 내구성이 뛰어나지만, 자력이 약한 편입니다. 니켈-코발트 합금은 자력이 강하지만, 가격이 비싼 편입니다. 네오디뮴-철-보론 합금은 자력이 매우 강하지만, 내구성이 떨어지는 편입니다.
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
자력의 생성-
자력은 쉽게 생각하면 오른 나사 법칙에 따라 형성 됩니다.
오른손으로 주먹쥐고 엄지손가락을 치켜 들어 보세요..
손가락이 말린 방향으로 전류(전하의 흐름)가 흐르면 엄지 손가락 방향으로 자력(?)이 튀어나옵(?)니다.
어폐가 있는데 어쨌든 엄지 손가락 방향으로 자속이 나와 그대로 반대쪽으로 들어갑니다.
튀어 나오는 부분이 N극이고 들어가는 부분이 S극이죠..
-자기 쌍극자-
그럼 자기 쌍극자가 무엇일까요.. 자기 쌍극자는 자력을 가지는 가장 최소 단위의 형태가 될수 있으며 이러한 형태는 바로... 전자입니다..
전자는 공전을 하지만 자전도 합니다..
전자는 전하량을 가지고 있고 맹렬히(?) 돌고 있습니다. 전자 하나 하나가 바로 자석이죠..
이러한 전자스핀을 자기쌍극자라고 합니다.
-강자성체와 약자성체-
물질 중에서는 강한 자력을 지니기 쉬운것이 있는 반면 좀 처럼 자화되기 어려운 물질도 있습니다.
강자성체는 자화 되기 쉬운 물체이며 바로 자기 쌍극자가 풍부한 물질이 강자성체입니다.
그렇다면 자기쌍극자가 많기 위해선 전자의 갯수만 많으면 되니깐 우라늄 같은 무거운 물체가 장땡이냐?? 그것은 아닙니다..
물리나 화학을 어느정도 배우셨다면 아시겠지만 원자핵 주변의 전자는 고유의 궤도를 이뤄가며 분포하고 있으며 이 궤도는 슈레딩거 방정식이라는 참 고명한 방정식에 의해 채워지는 순서도 있답니다.
뭐 이런건 전공자가 아니면 몰라도 됩니다..
어쨌든 중요한건 각 전자 궤도는 무조건!!! 우선권을 지닌 궤도(주로 안쪽 궤도이나 도중에 한번 삐끗하는 순서도 있음..) 부터 채워지게 됩니다.
맨 안쪽부터 채워진다고 생각하셔도 무방합니다..(물론 정말로 그렇지는 않습니다.)
그런데 이 궤도가 채워질때 한 궤도는 항상 짝수배입니다..
그리고 전자가 채워지는 규칙은 다음과 같습니다..
대략 16개가 들어올수 있는 궤도를 예로 설명 드리겠습니다.
일단 16개가 들어오기 위해서는 방이 8개 존재합니다.
그리고 전자가 9개 오게 된다면 1번 방부터 8번방까지 한번씩 들어갑니다..
1번에 한개 2번에 한개 3번에 한개....... 그리고 8번에 한개가 간 이후에 다시 1번에 한개가 들어 옵니다..
그리고 여기서 중요한 점.. 1번에 처음에 한개가 들어올때 전자스핀이 N극이 x방향이었다면 9번째 전자가 1번방에 들어올때는 무조건 그 반대 방향으로 들어옵니다.
이걸 파울리의 배타원리라고 하죠..
그렇게 되면 자기적으로 중성을 띄게 되죠..
그렇다면 자기적으로 극성을 띄게 되는 방은 몇개일까요? 예 8-1=7, 7개입니다.
이러한 혼자들어가 있는 방(한 방에는 항상 두개가 들어갑니다.)이 많으면 많을 수록 강 자성체가 됩니다.
이러한 혼자 들어가 있는 방이 바로 자기 쌍극자가 되죠.
채워나가는 법칙에 의해 하나 하나 채워나가면 알 수 있지만 철,니켈,코발트 등이 대표적인 강자성체 입니다..
마지막으로 중요한 자석이 만들어 지는 원리..
위에서 설명한 자기 쌍극자는 애석하게도 전부 제멋대로 배치 되어 있습니다..
마구잡이로 배치 되어 있는 자기 쌍극자들은 서로가 서로를 겨누면서 자력을 상쇄시키기도 하며 하여튼 오합지졸입니다.
모두가 한방향이 되게하면 진정으로 자화 되어 강력한 자석으로 거듭나게 되는 겁니다..
그렇다면 어떻게 하면 되느냐?
정말 간단한 방법에 의해 자석을 만들수 있습니다..
바로..
이러한 강자성체에 자석을 갖다 대는겁니다..
자석을 갖다 대면 자석의 자력에 의해 자기 쌍극자들은(하나하나가 작은 자석이지요) 전부 자석을 향해 한방향으로 정렬하게 됩니다..
물론 자석을 때면 원래대로 돌아가고요..
그러나 오랜 시간 정렬된 상태로 유지된 자성체는 외부자계가 제거되어도 그 상태를 유지한답니다
안녕하세요. 안상우 과학전문가입니다.
자석은 원래 자성체라고 하는 물질이 있습니다 물질 안에 전자들이 일정한 방향으로 회전을 하고 있게 되면 전자기를 형성하게 되는데 이런 특성을 가지고 있는 물질을 자성체라고 합니다 또한 자성체가 아니어도 전류를 흐르게 하여 자기장을 생산하는 전기자석도 있습니다
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.
자석은 크게 두 가지 방법으로 만들어집니다.
1. 유도자석
유도자석은 기존의 자석에 의해 만들어지는 자석입니다. 자석을 가까이 두거나, 전류를 흘려주면 그 주변의 물질이 자화되어 자석이 됩니다.
2. 영구자석
영구자석은 일정한 자기장을 유지하는 자석입니다. 강자성체라는 물질을 이용하여 만들어집니다. 강자성체는 원자의 전자 스핀이 일정한 방향으로 정렬되어 있기 때문에 자기성을 띠게 됩니다.
영구자석을 만드는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다.
1. 열처리법
열처리법은 강자성체를 일정한 온도로 가열한 후, 빠르게 냉각시켜 만드는 방법입니다. 이때, 강자성체의 원자 스핀이 일정한 방향으로 정렬되어 자석이 됩니다.
2. 자화법
자화법은 강자성체를 강력한 자기장에 노출시켜 만드는 방법입니다. 이때, 강자성체의 원자 스핀이 자기장의 방향으로 정렬되어 자석이 됩니다.
영구자석은 종류에 따라 자기력이 강한 것부터 약한 것까지 다양합니다. 가장 강력한 자석은 네오디뮴 자석으로, 자기력이 강철의 약 100배에 달합니다. 네오디뮴 자석은 전기 모터, 발전기, 스피커 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.
자석은 우리 생활에 없어서는 안될 중요한 도구입니다. 자석의 원리와 특성을 이해하면 자석을 더욱 효과적으로 사용할 수 있습니다.
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
철, 코발트, 니켈 또는 페라이트와 같은 강자성 물질은 다릅니다. 그 안에서 전자 회전은 자발적인 자화 영역을 형성하기 위해 작은 범위에서 자발적으로 배열 될 수 있습니다. 이 자발적 자화 영역을 자기 영역이라고합니다. 강자성체가 자화되면 내부 자구가 같은 방향으로 깔끔하게 배열되어 자성을 강화하고 자석을 형성합니다.
자석의 자화 과정은 철 블록의 자화 과정입니다. 자화 된 철 블록과 극성이 다른 자석은 인력을 생성하고 철 블록은 단단히" sticked" 자석으로. 천연 자석은 Fe3O4이고 인공 자석은 일반적으로 강철입니다. 강철이 자화되면 항상 자성을 유지합니다.
