자석

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• 물리학 관련 정보

1 개요

磁石, Magnet
최정, 동족혐오류 甲, 코레일의 디자인 철학

자기력을 가진 특수한 돌덩어리. 지남철 이라고도 한다.주로 자철광이라 불리는 광물로 만든 자석이 대표적인데 이 자철광의 화학식은 Fe₄O₃으로서 해석하면 삼산화사철. 자르면 또 2개의 극으로 나뉜다.

고대부터 상당수의 자연철학자들과 과학자들은 자성에 대해 상당한 관심을 가졌다. 중세인들 사이에서 자석가루가 처녀성을 판별하는 데에 효험이 있다는 미신이 퍼지기도 했다.

지구 역시 하나의 거대한 자석이라고 볼 수 있으며 나침반은 이러한 지구의 자기장을 이용해 만들어진 발명품이다.

미니어처 게임 말의 교환 가능 파트에 자석을 박아 특정 파트를 쉽게 교체할 수 있게 하는 개조를 자석질이라 부른다.

간혹 가다 유아, 영아가 삼키기도 하는데, 두 개 이상의 자석을 삼켰다면 바로 병원에 가야 한다. 장 내부에서, 장벽을 사이에 두고 자석끼리 붙어버리면 가운데에 낀 장벽이 괴사하면서 장출혈 등이 일어날 수 있기 때문. 이런 장 협착은 매년 보고될만큼 흔한 사례인데, 때문에 자석이 포함된 장난감이나 물건은 아이 곁에 두면 안되며 일단 해당 상황이 발생하면 치료 기간이 꽤 오래 걸리므로 무조건 병원에 가서 자석을 제거해야 한다. 물론 성인도 자석먹으면 그걸 왜 먹는지는 둘째치고 가야한다.

자석은 위의 사진처럼 돌 형태의 자석도 있지만 고무 형태의 자석도 있다. 우리가 흔히 접하는 물렁물렁한 냉장고자석이 바로 이것이다. 고무 형태의 자석은 주로 전단지에 많이 사용되며 철로 만든 대문에 붙이기 쉽게 하기 위해 만들어졌다. 다만 자력은 일반 금속 자석보다 떨어진다.

상술했듯이 자석은 자르면 각각의 N/S극이 다시 생기기 때문에 잘린 두 자석의 단면을 마주 대어 보면 서로 붙는 것을 볼 수 있으며, 그래서 이론상 자석의 두 극을 분리하는 것은 불가능하다. 그래도 한 극만 존재하는 것과 같은 효과가 생기는 것은 발견되었다. 만약 자석의 두 극을 온전히 분리할 수 있다면 그 사람은 당장 노벨 물리학상을 수상할 수 있을 것이다. 왜냐하면 우리가 친숙하게 다루는 위의 예시 사진으로 제시 된 자석 같은 것들은, 쉽게 말하면 주로 아주 작은 자석 알갱이들로 이루어져있고, 그들이 모두 같은 방향을 향하고 있으니 자르기 이전에 이미 N극과 S극이 나뉘어져 있으며, 그걸 자르는 걸로 N/S극이 나타나는 것 같은 현상이 일어난다는게 보통이다. 그림으로 나타내면, 반으로 자르기 전의 막대자석이 ←←←←←←←←(화살표가 N극의 방향) 이렇게 되어있었다고 한다면 이걸 둘로 나눴을 때, 원래 N극이었던 쪽(보통 이렇게(→) ←←←≪ 칠해져 있는쪽)은 내부의 자기력선의 위치가 변하지 않으니 이것(→) ←←←≪ 과 같이 자기력이 나타난다. 색은 자극을 나타내기 위한 표시. 특별한 의미는 없다. 물론 붉은 쪽이 N극이다. 반대로 원래 S극이었던 쪽( 요거(→) ≪←←←) 역시 자기의 방향은 바뀌지 않으니 이런(→) ≪←←← 모양이 된다. 여기서 ≪표는 자석이 잘린 위치를 표현. 역시 큰 뜻은 없음.

네오디뮴 자석은 너무 강력해서 사용할 때 주의해야 한다. 현존하는 가장 강력한 영구자석이다. 다만 그보다 강한 자장을 못만드는건 아닌데, 전자석은 전력만 충분하면 끝없이 세지는터라...

2 자성

磁性
물질이 가진 자기적 성질을 의미한다.

명칭	설명
반자성 (Diamagnetism)	외부자기장의 반대방향으로 자화가 일어나는 자성체. 이 범주의 가장 극단적인 경우가 초전도체이다. 초전도체와 맥스웰 방정식의 패러데이/렌츠의 법칙에서 보듯 기본적으로 모든 물질이 가진 성질이지만, 일반적으로 다른 자성보다 매우 약하다.
상자성 (Paramagnetism)	외부자기장과 같은 방향으로 물질의 자성이 정렬. 외부자기장을 만든 무언가와는 인력이 작용하며, 외부자기장이 없을땐 자석의 성질이 없다.
강자성/페로자성 (Ferromagnetism)	한번 자화가 일어나면 외부 자기장이 사라져도 잔류자화가 남아있는 자성으로, 원자의 스핀이 평행하게 정렬되는 특징을 갖는다. 강자성과 페로자성은 교환상호작용의 영향으로 나타나며, 이외에도 결정방위성과 자기쌍극자 정렬에 의한 에너지에 영향을 받는다.
안티페로자성 (Antiferromagnetism)	외부자기장이 사라졌을 때 거시적으로는 자성을 띄지 않지만, 미시적인 입자들은 정렬되어있는 형태로, 안티페로 자성은 이웃한 입자들이 서로 반평행하게 스핀방향이 정렬된다.
페리자성 (Ferrimagnetism)	안티페로자성과 유사하나 정렬된 입자 스핀크기가 달라 거시적으로 자성이 남아있는 자성체.
초상자성 (Superparamagnetism)	나노입자 등의 작은 자성체에서 보이는 성질로, 자기장을 걸지 않은 상태에서 자화방향이 아무렇게나 빠르게 변화하는 거동을 보인다. 그 속도가 매우 빠르기 때문에 일상적인 시간간격에서는 자성이 관찰되지 않기도 한다

세부적으로 들어가면 다른 분류들이 추가된다. 인터넷 검색만 해도 쉽게 찾을 수 있다.
참고로 강자성, 상자성, 반자성과 같은 용어는 일본용어를 중역한 결과이다. 당장 ferromagnetism만 봐도 강자성이라는 용어는 어색하다.

좁은 의미에서 자석이란 강자성 또는 페리자성 물질을 가리킨다.

3 자성의 기원

자성을 유발하는 요인은 크게 스핀과 원자 내 전자궤도인데 이중에서 스핀에 의한 것의 세기가 매우 크다. 이들이 갖는 자기 모멘트와 외부자기장과의 반응이 자성으로, 반응을 하며 무작위적으로 흐트러져서 서로를 상쇄하던 각 전자/원자들의 자기 모멘트들이 일정하게 정렬한다. 추가적으로 자석이라고도 부르는 강자성체는 외부자기장을 제거해도 이 정렬이 깨지지 않는 물질이며 자성을 가질 정도의 규칙적인 배열만 유지하면 상관없으므로 액체 자석도 있다. 또한 자석은 가열하면 이 배열이 흐트러지므로 자력을 잃는다.

4 자기이력곡선

Hysteresys Loop

외부에서 자장을 걸었을 때 나타나는 자화를 그래프로 나타낸 것이다. 다만 물리학의 이론적 표기와 달리 보통 자성소재를 연구할 때는 외부자장을 편의상 B 대신에 H로 나타낸다는 것에 주의. (자기장 참조. 엄밀한 의미에서 자기장은 B인데, 보통 B를 자기유도(Magnetic Inuductance) 또는 자속밀도(Magnetic Flux Density)라고 부르며 H는 자기장(Magnetic Field) 또는 구별을 위해 자화장(Magnetizing Field), 자화력 등으로 부른다. ) B-H 그래프나 M-H그래프로 주로 그리게 되는데, M-H 그래프에서 나타나는 내부면적이 외부 자장이 한 일이 된다. 이 이력곡선이 면적이 넓고 사각형에 가까운 자석은 경자석(Hard Magnet)이 되고 면적이 좁아서 거의 없게 되면 연자석(Soft Magnet)이 된다. 일반적으로 경자석은 영구자석으로 활용하며, 연자석은 전자석 내의 코어로 사용한다.

5 전자석

연자성(Soft Magnet) 소재에 도선을 코일처럼 감아놓은것. 실생활에 이용되는 자석은 거의 전자석이나 다름없다. 응용에 매우 용이하기 때문.

경자석을 실제로 써먹자니 출력도 약할뿐더러, 필요할때만 쓸수가 없다.
이에 반해서 전자석은 전류를 공급할때만 자석의 효과가 나오고 전류를 끊어버리면 그냥 쇳덩어리 이므로 훨씬 쓰기 편하다. 자성의 세기도 전류를 통해 조절가능하다. 폐차장이나 고철 모으는데서 쓰인다.

6 액체 자석

유체 속에 미세한 자성체 가루를 넣어서, 유동성을 가미한 자석의 한 종류이다. 자석을 가져다 댔을 때, 자석의 세기와 자석과의 거리에 따라 뾰족뾰족한 모양에 변화가 생긴다(자기력선 등을 보는 실험에 자주 쓰인다).

스피커 등에 이용된다고 하며, 액체 자석에 약물을 넣어 자석으로 치료부위에 약을 모으는 치료법도 검토되고 있다고 한다.

7 자석치료법

자석치료법, 자석치유법 등으로 불리는 대체의학의 한 종류. 관련기사
다른 대체의학들과 마찬가지로 만병통치가 가능하다고 주장하나 별다른 근거는 없다. 심지어 케이블 TV에서도 버젓이 방송되는 중.

철분을 끌어당겨서 혈액순환이 잘된다고 하는데. 그 말대로라면 자석이 있는 방향으로 철분이 쏠려서 혈액순환이 더 안된다! 마사지를 하지? 응?
자석으로 병을 치료하는데 성공한 사례가 제대로 된 논문으로 나오면 추가바람

사실 말도 안되는것은 MRI를 예로 들면 바로 알 수 있는데, MRI는 자속 밀도가 생각보다 커서 테슬라(T) 단위를 사용한다. 만약 네오디뮴자석의 자력으로 혈액이 순환된다면, MRI 촬영을하면 피가 다리쪽으로 쏠리거나 혈액 내부의 철분이 전부 한쪽으로 쏠려서 산소부족으로 사망하게 될것이다,

자석도색 코레일의 만병통치약이다

8 같이보기

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전자기학

자기장