쇠를 달구었다가 급속도로 식히면 자성을 띤다고 하는데 원리가 어떻게 되나요?

Question

일본의 닌자들은 바늘같은 쇠를 달구었다가 긒속냉각을 하면 자성을 띠게 되어 나침반으로 사용을 했다고 하는데요. 그 원리가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

쇠를 달구었다가 급속도로 식히면 자성을 띠게 되는 원리는 철과 같은 금속이 달궈졌을 때 원자들이 자유롭게 움직일 수 있게 되고, 이 상태에서 급격하게 식히면 원자들이 정렬되면서 자성을 띠게 되는 것입니다.

이런 현상은 특히 말씀하신 철과 같은 금속에서 잘 나타나는데, 이는 철 원자가 가진 스핀이라는 속성 때문입니다. 스핀은 음전하를 띤 전자가 제자리에서 회전하여 맴돌이 전류처럼 자기장을 만들어낸다는 것을 의미합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

쇠를 달구었을 때 그것이 자성을 띄는 현상은 '페로마그네틱' 현상이라고 알려져 있습니다. 이 현상은 쇠 내부의 구조와 원자 수준의 자기 성질과 관련이 있습니다.

쇠는 주로 철(Fe)이라는 원소로 이루어져 있습니다. 철은 자기장을 형성할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 그러나 순수한 철은 일반적으로 자성을 띄지 않습니다.

하지만 쇠를 달구면서 급속하게 식혀주는 과정은 철의 결정 구조를 변경시키고 원자들의 자기 성질을 재배열하는데 도움을 줍니다. 이로 인해 달구어진 쇠는 자기 도메인이라고 알려진 작은 자기 구역들을 형성하게 됩니다.

이 자기 도메인들은 서로 정렬되어 자기장을 만들고, 전체적으로 쇠가 자기적으로 행동하게 합니다. 이렇게 자성을 띄는 쇠를 '페로마그네틱' 물질이라고 부릅니다.