자석이란 무엇인가

자력은 원자의 주위를 도는 전자의 운동에 의해 발생하는 것이다. 전자의 스핀은 전자가 가지는 자유도로 상향과 하향이 있다. 궤도상의 운동과는 다르다.

자기장 중에 놓았을 때 같은 방향으로 강하게 자화되는 것을 강자성체, 약하게 자화되는 것을 상자성체, 반대 방향으로 자화되는 것을 반자성체라고 부른다. 강자성체에는 철, 코발트, 니켈이 있다.

자석이 되기 쉬운 물질

전자의 운동으로 원자가 자석이 되지만 원자자석의 방향이 일정하지 않을 때에는 자기장이 상쇄되어 버린다. 그러나 철, 니켈, 코발트 등의 금속은 원자자석의 방향을 어느 정도 모을 수 있어서 강하게 자화된다.

란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨 등의 희토류를 철 등의 강자성체와 화합시키면 원자가 가지는 자기가 결정 중의 특정 방향에 강하게 묶여 강력한 자석을 만들 수 있다. 특히 네오디뮴 자석은 강력한 자석이다.

자석이 되기 쉬운 물질을 자기장에 넣으면 자성을 띈다. 그리고 자기장에서 나와도 자성이 남는다(잔류 자기). 여러 번 반복함으로써 강한 자석을 만들 수 있다(영구자석).

연철은 자기장에서 나오면 자력이 없어지기 쉽다. 따라서 전자석의 철심에 사용하면 편리하다. 강철은 자기장에서 나와도 자력을 유지하므로 영구자석이 된다. 연철로 만들려면 고온으로 가열한 후 천천히 식히면 된다. 강철은 고온으로 가열하여 기름이나 물로 급격히 식히면 된다.

자석의 자성

자석을 자유롭게 놓으면 남북을 가리키고 정지한다. 지구 자체가 자석으로 되어 있기 때문이다. 그 때 북쪽을 가리키고 멈추는 쪽을 N극, 남쪽을 가리켜 멈추는 쪽을 S극이라고 한다. 지구 내부의 외각은 액체로 지구의 자전에 의해 전류가 흐르고 있다고 생각되고 있다.

자석의 자성은 전자의 움직임으로 원자 자체가 갖고 있기 때문에 영구자석의 경우 무작위로 자석을 자르더라도 자력의 방향도 변함없이 같은 자력을 가진다.

전자석이란

도선 안을 전자가 움직이면 자기장이 생긴다. 전자가 움직임으로써 자기장이 일어난다는 점에서 영구자석과 같다. 자기장의 강도는 전류에 비례하기 때문에 활용에 편리하다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 磁石とは何か
http://www.edu.pref.kagoshima.jp/curriculum/rika/shou/syougakkou2/rironhtm/01page/page14.htm