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전기 마당/전기자기학

전기자기학 9장 - 자성체의 종류 + 자화의 세기 + 자기차폐 + 감자력

by 『★√★』 2021. 2. 23.

안녕하세요, Davey입니다. 오늘도 어김없이 전자기학에 대해서 공부한 것에 대해서 아래와 같이 정리하였습니다. 오늘 다룰 내용은  대해서 나름대로 정리해서 설명드리도록 하겠습니다.

 
자성체-자화-자기차폐-감자력-썸네일
자성체-자화-자기차폐-감자력

 

1. 강자성체, 반자성체, 상자 성체

 

: 자계의 공간에서 도체가 자석의 성질(자구가 존재한다)을 띄게 되는데, 이 자석의 성질의 강도에 따라 강자성체, 반자 성체, 상자 성체 이렇게 3개로 구분을 지을 수 있습니다. 

 

▼ 성질에 강도별로 아래와 같이 정리하였습니다.

 

1) 강자성체 : μ >> 1000 / 철, 니켈, 코발트, 망간
2) 반자성체 : μ < 0 / 구리
3) 상자성체 : μ > 0.9 / 알루미늄, 백금, 산소

 

 

2. 자화의 세기

 

: 이전 설명드린 내용을 간단하게 설명드리면, 자석이 아닌데 자계 내에서, 즉 자석이 근처에 있을 때 자석처럼 되는 것을 자석화 된다고 해서 자화라고 설명을 드렸습니다. 물질마다 자화 되는 정도는 다릅니다. 그리고 자화되는 정도를 자화의 세기입니다.

 

 다시 말하면 자화의 세기는 해당 물질의 비투 자율이 크면 큽니다. 그리고 근처의 자계의 세기가 세면 자화가 잘 되며, 동시에 화의 세기가 크게 되는 거죠. 자화의 세기(J)를 수식으로 아래와 같습니다. 

 

J=μ0(μs−1) H

 

- 위의 수식을 좀 더 자세히 설명해 드리면 자화의 세기는  비투 자율(μsμs)이 클수록 커지는 걸 확인하실 수 있습니다. 즉 비투 자율은 자계의 세기에 비례하는 거죠.

 

▼ μ0(μs−1)를 χ라고 나타내기도 합니다. χ를 용어로 자화율이라고 말합니다.

 

- 위의 수식들을 정리해보면 아래와 같이 표현이 가능하며 자화율에 따라 자성체의 종류도 어떻게 구분이 되는지 정리하였습니다.

 

J=μ0(μs−1) H=χH

 

1) 강자성체 : χ ≫ 0

 

2) 상자 성체 : χ>0 

 

3) 역자 성체(반자 성체) : χ<0 

 

추가 내용 - 자기차 폐

 

 : 추가적으로 자기차 폐에 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 자계, 자기력선은 투자율이 높은 공간일수록 많이 지나가는 것을 이미 인지는 하고 계실 겁니다. 즉 투자율이 높으면 높을수록 자하 자계가 잘 통과한다라고 생각하시면 됩니다. 다시 말해 투자율이 크려면 비투 자율이 커야합니다.

 

- 어떤 공간을 비투 자율이 큰 자성체로 감싸게 되면 감싸진 공간은 상대적으로 비투자율이 작으니까 비투자율이 큰 자성체쪽으로  자계가 많이 지나갈 겁니다. 감싸진 공간, 장치 등을 자계, 즉 자기장의 영향을 받지 않게끔 비투자율이 큰 자성체가 자계를  대신 받아줌으로써 보호하는 거죠. 요 부분은 이론적으로 먼저 들어보시고 계속적으로 문제를 풀면서 이해를 해나가는 걸 추천드립니다. 저 또한 이 부분은 한 번에 이해한 게 아니고 공부를 하다가 계속적으로 생각하면서 공부하고 있는 상황입니다. 

 

▼ 다른 자료를 발췌해서 얘기하면 자기 차폐를 한 문장으로 하면 '내부 장치 또는 공간을 물질로 포위시켜 외부 자계의 영향을 차폐시키는 방식'입니다.

 

- 자기차 폐를 잘하기 위한 물질 조건 

 1) 비투 자율이 커야 함

 2) 자기차 폐를 당하는 물질보다 더 큰 자성을 띄어야 함 (강자성체로 하는 게 좋음)

 : 사실 비투 자율이 크면 강자성을 띄기 때문에 1번과 2번 항목이 거의 같은 말입니다.

 

 

3. 감자력

 

: 자속을 감소시키는 힘을 감자력이라고 합니다. 감자력의 특징은 아래와 같습니다.

 (솔레노이드 (환상) = 극이 없습니다.)

 

1) 자화의 세기(J)에 비례

2) 가늘고 긴 자성체는 감자력이 작다

3) 굴고 짧으면 감자력이 크다

 

- 약간 풀어서 설명드리면 자계 안에 어떤 자성체가 들어가면 자화가 되어 자기적 성질을 띄게 됩니다 즉 N극과 S극의 성질을 가지게 되는데 그로 인해 자성체 자체적으로도 자계를 발생시키게 됩니다.  그렇게 되면 원래 있던 자계가 자성체가 만든 자계에 의해 상쇄되어 줄어드는 현상이 생기게 됩니다. 

 

▼  이런 현상을 유발시키는 자성체가 만드는 자계를 감자력이라고 합니다.

 

자계를 감소키는 힘이 발생하는 거죠.  그리고 그 감소시키는 비율을 감자율이라고 합니다 약간 쉽게 말씀드리면 물이 흐르는 강에 어떤 물체 (물을 이용하여 다시 물을 흐르는 방향 반대로 쏘는 기계)를 놓아두면 그 물체가 물을 계속 반대방향으로 쏘니까 물의 세기나 흐름에 방해가 되는 것입니다. 

 

감자력은 감자율에 비례하며 감자율(N)은 도체 모양에 따라 다름 

1)  환상 솔레노이드(환상 철심) : N=0

2)  구 자성체 : N=13

 

 이상입니다. 오늘은 자성체의 종류, 자화의 세기, 자기차 폐 , 감자력에 대해서 알아보았습니다. 자기 차폐를 하기 위해서 비투 자율이 높은 강자성체를 이용한다는 거에 약간 의외라고 생각했는데, 정말 공부하면 할수록 배워야 할게 많다는 걸 매번 깨닫는 거 같습니다. 이번 포스팅은 여기에서 마무리하도록 하겠습니다. 감사합니다.

    
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