[전기전자] 자성체에 관해서[자석]

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본문내용

약간의 불규칙고용체에서도 발견된다.
같은 합금계에서 와 상도 또한 반강자성체이다. 다른 반강자성 규칙상은 와 이다. 후자의 스핀구조가 특히 흥미있다. 단위 셀은 면심정방체이고, c축과 수직인 (002)면은 교대로 Ni과 Mn원자가 차지하고 있다. Ni이든 Mn 이든 간에 각 (002) 원자층은 원래 반강자성체이다. 즉, 한 층에 있는 원자의 반은 그 층의 면에 평행하고 한 방향을 가리키는 스핀들을 가지고 있으며, 다른 반은 다른 방향을 가리키고 있는 스핀들을 가진다.
불규칙 합금 중에서 반강자성은 와 합금에서 관찰된다. 이들은 면심정방구조를 갖는다. 하나의 (002)면에 있는 모든 스핀은 상호 간의 c축에 평행하지만, (002) 면에 있는 스핀들이 교대로 “up"과 ”down"을 향하고 있다. 불규칙 또한 반강자성체이다. 이것이 체심입방체로서, 셀의 모서리에 있는 스핀과 셀을 중심에 있는 스핀들이 반평행을 이룬다. 이 예들의 어느 것도 화학적 규칙을 이루지는 않는다. 예를 들면, 합금의 각 격자위치는 통계적으로 “평균”인 원자에 의해 점유되고 있고 각 평균 원자는 같은 크기의 자기모멘트를 갖는 것처럼 보인다. 이러한 거동은 모든 3d와 4s 전자들을 공동 집단으로 보는 밴드 이론에 근거하면 이해되지만 국소모멘트 이론에는 적용되지 않는다. 만약 모멘트가 국소화 된다면, 불규칙 합금에서 및 원자 간의 다양한 교환작용(분자장)은 한 단위 셀에서 다음 셀까지 다른 방향을 가질 것이다. 그러므로 장범위 자기 규칙이 어떤 결과를 초래할 것인지를 이해하는 것은 어렵다.
마지막으로 합금의 자화율-온도곡선이 반강자성의 존재유무에 관한 정보를 항상 제공해 주는 것은 아니라는 것은 아니라는 것을 명심해야 한다. 왜냐하면 Curie-Weiss법칙이 종종 만족되지 않기 때문이다. 중성자 회절만이 확실한 측정방법이다.
7. 자기모멘트(magnetic moment)
(1). 자기모멘트의 정의
●자기장에서 자극의 세기와 N,S 양극간 길이의 곱이다. 방향은 S극에서 N극이며, 자석의 세기를 나타낼 때 사용된다. 자기모멘트가 발생하는 경우는 3가지로, 흐르는 전류가 만드는 것, 외부 자기장 안에 놓인 자석 또는 전류회로에 의한 것, 원자핵 주위를 도는 전자에 의한 것이 있다.
자기능률이라고도 한다. 크기와 방향을 가지는 벡터량으로서 방향은 S(-)극에서 N(+)극으로 향한다. 자기량과 함께 자성을 나타내는 양의 하나이지만, 자석의 세기는 자기량보다는 자기모멘트의 크기로 표시한다. 또한 폐회로를 흐르는 전류는 그 회로를 주변으로 하는 얇은 자석판과 동등한 작용을 가지는데, 이 경우의 자기모멘트는 전류의 방향을 오른나사가 도는 방향으로 할 때 나사의 진행방향을 따른다. 그 크기는 회로가 둘러싸고 있는 넓이와 전류의 곱으로 표시하며, 넓이를 s㎠, 전류를 i라 하면 si가 된다.
일반적으로 자기장(세기 H) 안에 자석 또는 전류회로를 놓으면 자석이나 회로에는 Hm sin θ라는 모멘트를 가진 짝힘이 작용한다. 여기서 m은 자석 또는 자기모멘트, θ는 자기모멘트와 자기장 방향 사이의 각이며, 특히 자기모멘트의 방향이 자기장에 수직일 경우에는 Hm이라는 모멘트를 가진 짝힘이 생긴다.
또한 원자 내에서 원자핵(原子核)의 주위를 회전(回轉)하는 전자의 경우도 폐회로(閉回路)를 흐르는 전류와 등가(等價)이므로 자기모멘트를 생각할 수 있다. 이 경우(궤도자기모멘트)는 연속적인 값을 가질 수 없고, 자기모멘트의 최소단위에 정수(整數:軌道量子數)를 곱한 보어마그네톤이라고 하는 비연속적인 값만을 얻을 수 있다.
(2). 자기모멘트 계산법
평면에 면적 를 지닌 전류 의 전류 고리가 있다고 하자. 이때 이 전류 고리의 면 벡터 는 전류고리가 속한 평면의 법선 벡터이면서 그 크기가 S인 벡터이다. 이 때 이 전류고리의 자기 모멘트 는 다음과 같이 정의되는 벡터이다.
이 때 자기 모멘트 의 방향이 전류에 대해 오른손 규칙을 만족하도록 면 벡터를 선택한다. 즉, 엄지를 곧게 세우고 전류의 방향으로 오른손 네 손가락을 감아쥐었을 때 엄지손가락이 가리키는 방향이 곧 자기모멘트의 방향이다.
(3). 자기모멘트의 단위
자기 모멘트의 단위는 국제단위계(SI) 하에서 두가지로 표현된다. 하나는 자기 모멘트가 전류와 면적의 곱이라는 사실로부터, 전류의 단위 (암페어)와 면적의 단위인 (제곱미터)를 곱하여 얻는 단위이고, 다른 하나는 뒤에 나올 자기장에 놓인 자기 모멘트의 퍼텐셜 에너지가 자기장과 자기 모멘트의 곱으로 표시된다는 사실로부터 자기장의 단위 (테슬라)의 역수와 에너지의 단위 (줄)을 곱하여 얻는 단위이다. 두 단위는 완전히 같은 단위이다. 즉,
(4). 자기모멘트의 실생활적용의 예
MRI(magnetic resonance imaging) ; 자기공명영상
- 원자핵은 평소에는 회전운동을 하고 있으나 일단 강한 자기장에 놓이면 세차운동 전체의 회전축이 움직이지 않는 어떤 축의 둘레를 도는 현상으로서, 아주 약한 외력의 모멘트가 수직으로 작용하여 생기는 현상
이 일어난다. 이 세차운동의 속도는 자기장의 세기와 밀접한 관계가 있어 자기장이 셀수록 빨라진다. 이렇게 자화되어 있는 원자핵에 고주파를 가하면 고에너지 상태가 되었다가, 다시 고주파를 끊으면 원래의 상태로 돌아간다. 이때 방출되는 에너지는 가했던 고주파와 똑같은 형태의 고주파를 방출한다. 이렇게 원자핵이 고유하게 방출되는 고주파를 예민한 안테나로 모아서 컴퓨터로 영상화한 것이 MRI이다. 즉, 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 컴퓨터를 통하여 다시 재구성, 영상화하는 기술이다.
<도서출처>
●출판사: 世和
●제목: 그림으로 알수있는 자석과 자기의 구조
●저자: Kinji Tanikoshi
○출판사: (주)북스힐
○제목: 자성재료학 : 자성의 원리와 응용
○저자: 조 육
●출판사: 반도출판사
●제목: 자성재료학
●저자: Cullity
<인터넷출처>
○위키백과
http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9C%84%ED%82%A4%EB%B0%B1%EA%B3%BC:%EB%8C%80%EB%AC%B8
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전기전자,   자성체,   자석