자석
물질이 자성을 띠는 이유는 내부 전자들의 스핀이 한 방향으로 정렬되기 때문이다.
스핀은 전자가 갖는 벡터(vector, 크기·방향을 동시에 나타낸 물리량) 형태의 고유한 양자수이다. 업스핀과 다운스핀으로 표현된다.
보통 분자에서는 스핀 방향이 반대인 2개의 전자쌍이 안정된 상태로 존재한다. 하지만 전이금속 등에서는 상쇄되지 않고 홀로 존재하는 자유전자의 스핀들이 모여 상호작용하면서 한쪽으로 정렬된다. 이때 커다란 자기 모멘트(자석길이와 자극세기의 곱)를 갖게 되는 데 이런 물질을 ‘강자성체’라고 부른다
자기장은 전류에 의해 만들어진다. 자석을 구성하는 원자 안의 전자 운동에 의해 전류가 생기기 때문이다. 원자 속 전자의 운동은 전류를 만들고, 그 전류에 의해 자기장이 발생하는 것임. 이 때문에 자석은 같은 극끼리는 밀치는 ‘척력’을, 다른 극끼리는 당기는 ‘인력’을 갖게 된다.
그렇다면 모든 물질들이 원자로 이루어져 있는데도 대부분의 물질이 자석의 성질을 띠지 않는 까닭은 무엇일까? 원자들 속의 전자의 운동에 의해 생기는 자기장들이 상쇄(서로 비겨 없어짐)되기 때문임.
자석을 이루는 철이나 니켈등의 원자들이 일정한 방향의 자기장을 띄게 되면 이것이 영구자석이 되는 것임.
매우 센 자석에 붙어 있었다면, 그 자성은 거의 영구적으로 갈 수 있다. 하지만, 자력이 무제한이 아니다. 언젠간 사라져요
외부에서 자기장의 영향을 받게 되면 일정한 방향의 자기장 방향성은 점점 없어져버립니다.
자력의 소실
- 온도가 낮을 수록 안정적이지만, 온도가 높아져 Curie temperature 를 넘으면 자력이 완전히 없어진다.
- 해당 자석의 보자력(Coercivity)을 넘는 자기장이나, 전기장에 노출되어 있으면, 자력을 잃게된다.