자석과 철이 달라붙는 이유

철은 자석이 될 수 있는 원자를 가지고 있습니다만, 원자의 방향이 제각각이기 때문에 철만으로는 자석으로 작동하지 않습니다.

그러나 자석에 근접하면 철 안의 자구가 반응하여 들러붙습니다.

자석은 영구자석과 전자석이 있다

◆ 자석의 성질을 가진 영구자석
영구자석은 그 자체가 자석의 기능을 가지고 있으며, 일반적으로 자석이라는 것은 이 영구자석을 가리킵니다.

◆ 자석의 성질이 없는 전자석
전자석은 자석의 원자는 가지고 있지만, 자석으로 작동하지 않는 것을 의미합니다. 물질 속에 있는 분자 자석의 방향이 뿔뿔이 흩어져 있기 때문에, 홀로는 자석처럼 붙지 않습니다. 그러나 자석을 가까이하여 자기가 유도되면 들러붙습니다.

자석이 철에 달라붙는 원인인 자기 유도

자석을 철에 가까이 하면 마치 자석처럼 철이 들러붙습니다. 이것은 자기 유도가 관계하는 것입니다.

철 속에 들어있는 분자 자석은 평소에는 제각각의 방향을 향하고 있습니다만, 자석을 가까이하면 분자가 정렬되고, S극과 N극이 발생합니다.

자석에 달라붙은 철은 자석처럼 다른 철도 끌어당깁니다. 철에서 S극과 N극이 발생하고 있어서, 근처의 철을 자기 유도하고 들러 붙이는 힘이 생기는 것입니다.

이와 같이 자석과 철, 또한 그 철과 철이 들러붙어 있어도, 자석과 철을 떼면 자력은 사라지고 이전처럼 철 속 원자의 방향은 제각각으로 돌아갑니다. 이렇게 자화하는 물질을 자성체라고 합니다.

자성체에는 '상자성체'와 '강자성체'가 있습니다. 또한 자석을 가까이하면 반발하여 떨어져 나가는 '반자성체'도 존재합니다.

Magnet compasses (Author : Geek3)

강자성체는 자석에 달라붙는 힘이 강하다

철, 코발트, 니켈 등은 자화의 영향이 강합니다. 자성체라고하면 일반적으로 이 강자성체를 말합니다. 강자성체 중에서도 자석을 떼면 즉시 자력이 없어져 버리는 것을 연자성체, 자석을 떼어놓은 후에도 자력을 간직하고 있는 것을 강자성체(硬磁性体)라고 합니다.

상자성체는 자석에 달라붙는 힘이 약한다

상자성체는 자석의 N극을 가까이하면 S극이 발생하고 반대편에 N극이 발생합니다. 자석의 N극과 상자성체의 S극이 발생하기 때문에 들러붙습니다. 그러나 달라붙는 힘은 약하고 특성에 따라 달라붙지 않을 수도 있습니다.

반자성체는 자석에 반발하고 붙지 않는다

반자성체는 자석의 N극을 가까이했을 때, N극이 발생하고 반대쪽에 S극이 발생합니다. 자석의 자기장을 상쇄시켜 버리므로, 자석의 역할을 하지 않습니다.

안티몬, 구리, 물, 나무 등이 반자성체에 속합니다.

철 이외에도 자석에 달라붙는 소재는 있다

철 이외에도, 코발트, 니켈 등 자석에 달라붙는 소재는 있습니다. 코발트는 백색의 금속으로, 단독으로 이용되기보다는 도금으로 이용되는 경우가 많은 소재입니다. 녹슬기 쉽고 산에 녹기 쉽다는 특징이 있습니다.

니켈도 코발트와 같은 백색의 금속입니다. 니켈을 이용하여 자석 소재의 일부를 만드는 경우도 있습니다. 구리, 아연 등과 함께 합금을 만들 수도 있습니다.

코발트와 니켈은, 일상생활에서 접할 기회가 적은 소재입니다만, 프랑스 동전, 네덜란드 동전 등에는 지금도 니켈이 다량 함유되어 있어 자석에 붙일 수 있습니다.