자석에 붙는 물질과 안 붙는 물질 (강자성체 · 상자성체 · 반자성체)

Magnetic materials (ferro-, para- and diamagnetism)

냉장고 자석은 철문에는 착 붙는데, 알루미늄 캔 · 종이 · 나무에는 왜 붙지 않을까요?

무슨 일이 일어났나

물질 속 전자가 만드는 작은 자석들이 바깥 자기장에 어떻게 반응하는지에 따라 강자성 · 상자성 · 반자성으로 나눕니다. 시뮬레이터의 끌개 «비투자율(μᵣ)» 은 물질이 자기장을 얼마나 잘 받아들이는지를 나타냅니다.

강자성체 안에서는 원자들이 «자기 구역» 을 이루어 방향을 맞추고, 한번 자석이 되면 오래 — 때로는 수백만 년 — 남습니다(MagLab). 상온에서 강자성인 원소는 철 · 니켈 · 코발트 · 가돌리늄 넷뿐입니다.

상자성체는 자기장 속에서만 아주 약하게 끌리고, 자기장을 치우면 전자가 처음 방향으로 돌아갑니다(MagLab). 시뮬레이터에서 μᵣ 1.001 이면 속 ÷ 바깥이 1.00 으로, 손으로는 느낄 수 없을 만큼 작은 차이입니다.

반자성체는 자기장을 조금 밀어냅니다. 시뮬레이터에서 μᵣ 0.999 이면 속 ÷ 바깥이 0.999 이고, 끌개를 0.5 로 줄여 차이를 키우면 0.666 이 됩니다.

베버는 1847 년 반자성이 상자성 · 강자성 물질에도 있다고 보았는데, 그런 물질에서는 더 센 상자성 · 강자성에 가려집니다(MagLab).

💡 생활 속 예시

  • 냉장고 자석은 세기가 10 가우스(0.001 T)쯤으로 약하지만(MagLab), 문 속 철판이 자기력선을 끌어모으는 강자성체라 단단히 붙습니다.
  • 재활용품을 고를 때 큰 자석을 대면 철 캔만 딸려 오고 알루미늄 캔은 남는데, 알루미늄의 상자성은 너무 약해 자석에 끌려 올 만큼이 아니기 때문입니다.

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  • 금속이면 모두 자석에 붙는다.

    MagLab 에 따르면 상온에서 강자성인 원소는 철 · 니켈 · 코발트 · 가돌리늄 넷뿐이라, 구리 · 알루미늄 같은 다른 금속은 자석에 붙지 않습니다. 출처

누가 왜 찾았나

1845 년 마이클 패러데이는 비스무트 · 유리 같은 여러 물질에서 새로운 자성을 찾아 «반자성(diamagnetism)» 이라 이름 붙였습니다(MagLab). 1847 년 빌헬름 베버는 반자성이 상자성 · 강자성 물질에도 있다고 보았고, 1895 년 피에르 퀴리는 박사 논문에서 온도가 상자성에 주는 영향을 밝혔습니다.

확인된 값

패러데이가 비스무트 · 유리 등에서 새 자성(반자성)을 찾은 해
1845 출처
패러데이가 붙인 이름 — 반자성 (diamagnetism)
diamagnetism 출처
베버 — 반자성은 상자성 · 강자성 물질에도 있다고 봄 (1847)
1847 출처
피에르 퀴리 — 온도가 상자성에 주는 영향(퀴리 법칙)을 박사 논문으로 밝힌 해
1895 출처
상온에서 강자성인 원소의 수
4 출처
그 넷 — 철 · 니켈 · 코발트 · 가돌리늄
Fe, Ni, Co, Gd 출처
상자성 물질은 바깥 자기장을 치우면 전자가 처음 방향으로 돌아간다
paramagnetism 출처
상자성 · 강자성이 있으면 약한 반자성은 가려진다
diamagnetism masked 출처
강자성체 안에서 원자들이 모여 이룬 자기 구역
magnetic domains 출처
강자성체는 오래 — 때로는 수백만 년 — 자석으로 남는다
millions of years 출처
냉장고 자석의 세기 — 10 가우스 (0.001 T)
0.001 T 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 전기와 자기 [12물리02-04]
  • 잉글랜드 · KS2 Year 3: Forces and magnets
  • 일본 · 小学校 第3学年 A (4) 磁石の性質

출처

이어서 보기

같은 단원 · 자기와 전자석

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