자석은 왜 특정 물질에만 반응하나요?

Question

자석은 모든 물질이 아니라 일부 금속에만 강하게 작용하게 됩니다. 이와 같이 일부 금속에만 강하게 작용하는 이유가 물질 내부의 특성과는 어떤 관련성이 있는지 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

자석이 특정 물질에만 붙는 이유는 원자 속 전자의 움직임과 관련 있어요. 전자는 스스로 회전하면서 아주 작은 자석 역할을 하는데, 대부분의 물질은 이 작은 자석들이 제각각 흩어져 서로 상쇄돼요. 그래서 외부 자석을 가져다 대도 별 반응이 없습니다.

그런데 철, 니켈, 코발트 같은 금속은 원자 구조가 특별해요. 이웃한 원자들의 작은 자석이 같은 방향으로 나란히 정렬되려는 성질이 있어서, 외부 자석이 다가오면 단체로 줄을 맞춰 강하게 끌려가요. 이런 성질을 강자성이라고 불러요.

반면 구리나 알루미늄, 나무, 플라스틱 같은 물질은 원자들의 자석이 정렬되지 못하거나 아예 자기적 성질이 거의 없어서 자석에 반응하지 않는 거예요. 결국 자석에 끌리느냐 아니냐는 겉보기 재질이 아니라 원자 내부 전자들이 얼마나 단합하느냐에 달려 있는 셈이랍니다 :)

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

자석이 특정 물질에만 반응을 하는 이유는 물질 내부의 전자 배열과 스핀 구조 때문이며 특히 강자성 물질은 전자들의 자기 모멘트가 같은 방향으로 정렬되어 외부 자기장에 강하게 끌립니다 반면 대부분의 물질은 전자 자기 모멘트가 서로 상쇄되어 눈에 띄는 자성을 나타내지 않거나 매우 약하게 반응합니다 자석과의 상호 작용은 원자 수준에서의 구조와 자기적 정렬 상태에 의해 결정된다고 보면 됩니다

Answer 3

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

자석이 특정 물질에만 강하게 반응하는 것은 그 물질 안의 아주 작은 자성 방향들이 한쪽으로 잘 맞춰질 수 있느냐에 달려있습니다.

보통 잘 붙는 철이나 니켈 같은 금속들은 내부의 자성들이 서로 힘을 모으기 쉬워서 자석에 가까이 가면 강하게 끌리는 현상이 발생합니다. 그리고 반대로 대부분의 물질들은 안에서 자성이 있다하더라도 방향이 제각각이기 때문에 서로 상쇄되어 버립니다. 그래서 겉으로는 거의 반응이 약하게 보이는 것입니다.

자석 반응의 차인느 겉모습보다는 물질 내부 전자와 자성 배열 구조의 차이에서 나온다고 생각할 수 있습니다.