자기

기사 정보
전자기학
전기 자기 역사 교재
정전학 전하 쿨롱의 법칙 컨덕터 전하 밀도 유전율 전기 쌍극자 모멘트 전기장 전위 전기 플럭스/전위 정전 방전 가우스의 법칙 인덕션 절연체 편광 밀도 정전기 삼각전기
자기 정전기 앙페르의 법칙 비오트-사바르 법칙 가우스의 자기 법칙 자기장 자속 자기 쌍극자 모멘트 투과성 자기 스칼라 퍼텐셜 자화 자력 자기 벡터 퍼텐셜 오른손 법칙
전기역학 로렌츠 힘의 법칙 전자 유도 패러데이의 법칙 렌츠의 법칙 변위 전류 맥스웰 방정식 전자기장 전자기 펄스. 전자파 복사 맥스웰 텐서 포인팅 벡터 리에나르비셰르트 퍼텐셜 제피멘코의 방정식 와전류 런던 방정식 전자기장에 대한 수학적 설명
전기 네트워크 교류 캐패시턴스 직류 전류 전기 분해 전류 밀도 줄 가열 기전력 임피던스 인덕턴스 옴의 법칙 병렬 회로 저항 공명 공동 직렬 회로 전압 도파관
공변량 공식 전자기 텐서 (표준 – 에너지 텐서) 사류 전자파 4전위
과학자 암페르 바이오트 쿨롱 데이비 아인슈타인 패러데이 피조 가우스 헤비사이드 핸리다. 헤르츠 홉킨슨 제피멘코 줄 렌츠 리에나루 로렌츠 맥스웰 노이만 외르스테드 옴 포인팅 리치 사바토 가수. 스타인메츠 테슬라 톰슨 볼타 웨버 비헤르트 포아송
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자기란 자기장에 의해 매개되는 물리적 속성의 종류로, 다른 개체에서 매력적이고 반발적인 현상을 유도하는 능력을 말합니다.전류와 소립자의 자기 모멘트는 다른 전류와 자기 모멘트에 작용하는 자기장을 발생시킨다.자성은 전자기학의 결합된 현상의 한 단면이다.가장 친숙한 효과는 강자성 물질에서 발생하는데, 강자성 물질은 자기장에 강하게 끌리고 영구 자석이 되어 자기장 자체를 생성한다.자석의 소자도 가능합니다.철, 코발트 및 니켈과 이들의 합금이 강자성을 띠는 물질은 극소수입니다.희토류 금속인 네오디뮴과 사마륨은 덜 흔한 예이다.ferro-라는 접두사는 철을 의미합니다. 영구 자석은 자철광(FeO₃₄)이라고 불리는 천연 철광석의 한 형태인 자석에서 처음 발견되었기 때문입니다.

모든 물질은 어떤 종류의 자성을 보인다.자성 재료는 부피 ^[1]민감도에 따라 분류됩니다.강자성은 일상생활에서 마주치는 자성의 영향의 대부분을 담당하지만, 실제로 여러 가지 종류의 자성이 있다.알루미늄이나 산소와 같은 상사성 물질은 인가된 자기장에 약하게 끌리고, 구리나 탄소 같은 반자성 물질은 약하게 반발하며, 크롬이나 스핀 글라스 같은 반강자성 물질은 자기장과 더 복잡한 관계를 가집니다.자석이 상사성, 반자성, 반강자성 물질에 미치는 힘은 보통 너무 약해서 실험실 기기로만 감지될 수 있기 때문에 일상생활에서 이러한 물질은 종종 비자성 물질로 묘사된다.

물질의 자기 상태(또는 자기 위상)는 온도, 압력 및 적용된 자기장에 따라 달라집니다.이러한 변수가 변화함에 따라 물질은 둘 이상의 자기 형태를 나타낼 수 있습니다.

자기장의 세기는 거의 항상 거리에 따라 감소하지만 강도와 거리 사이의 정확한 수학적 관계는 다릅니다.자기 모멘트 및 전류의 구성이 다르면 복잡한 자기장이 발생할 수 있습니다.

일부 이론에서는 자기 단극의 존재를 예측하지만, 오직 자기 쌍극자만이 관측되었다.

역사

자석은 고대 세계에서 처음 발견되었는데, 그 때 사람들은 자석이 자연적으로 자화된 광물 자석 조각인 자석이 ^[2]철을 끌어당길 수 있다는 것을 알게 되었다.자석이라는 단어는 그리스어 단어 μαααααααααααδtis rithos,^[3] "마그네시안 돌,^[4] 자석"에서 유래했다.고대 그리스에서, 아리스토텔레스는 자기에 대한 과학적인 논의 중 첫 번째 것을 기원전 625년부터 기원전 ^[5]545년까지 살았던 밀레토스의 철학자 탈레스의 탓으로 돌렸다.고대 인도의 의학 문서인 수슈루타 삼히타는 사람의 ^[6]몸에 박힌 화살을 제거하기 위해 마그네타이트를 사용하는 것을 묘사하고 있다.

고대 중국에서, 자력에 대한 최초의 문학적인 언급은 기원전 4세기 작가인 ^[7]Guiguzi의 이름을 딴 책에 있다.기원전 2세기 연호인 뤼시춘추(Lüsi Chunchu)도 다음과 같이 말한다. "자석은 철로 접근하게 하고, 일부는 (힘이)^[8] 끌어당긴다."바늘의 매력에 대해 가장 먼저 언급되는 것은 1세기 작품 Lunheng(균형조사)에서 "자석은 ^[9]바늘을 끌어당긴다"는 것이다.11세기 중국의 과학자 심궈는 자침 나침반을 꿈의 풀 에세이에서 최초로 썼고, 그것이 진정한 북쪽이라는 천문학적 개념을 사용함으로써 항해의 정확도를 향상시켰다고 합니다.12세기까지, 중국인들은 항해를 위해 자석 나침반을 사용하는 것으로 알려져 있었다.그들은 숟가락의 손잡이가 항상 남쪽을 향하도록 자석으로 방향 스푼을 조각했다.

1187년까지 알렉산더 네캄은 나침반과 항해를 위한 사용을 유럽에서 최초로 기술했다.1269년, 피터 페레그리누스 드 마리쿠르는 자석의 성질을 설명하는 최초의 현존하는 논문인 자석편지를 썼다.1282년, 자석과 건조한 나침반의 특성은 예멘의 물리학자, 천문학자,^[10] 지리학자 알-아슈라프 우마르 2세에 의해 논의되었다.

레오나르도 가르조니의 유일한 현존하는 작품인 "Due trattati sopra la natura, e le qualita della calamita"는 자기 현상의 현대적 처리의 첫 번째 사례입니다.1580년 경에 쓰여져 출판되지 않은 이 논문은 널리 퍼졌다.특히, 가르조니는 니콜로 카베오에 의해 자기 전문가로 언급되었는데, 그의 철학 자기학(1629년)는 가르조니의 작품을 재조정한 것에 불과하다.Garzoni의 논문은 Giovanni Battista Della Porta에게도 알려져 있었다.

1600년, 윌리엄 길버트는 그의 De Magnete, Magnetisque Corpibus, et de Magno Magnete Tellure를 출판했습니다.이 작품에서 그는 테렐라라고 불리는 그의 모형 지구로 실험한 많은 것들을 묘사한다.그의 실험에서, 그는 지구 자체가 자성이며 이것이 나침반이 북쪽을 가리키는 이유라고 결론지었다.

전기와 자기 사이의 관계에 대한 이해는 1819년 코펜하겐 대학의 교수 한스 크리스티안 외르스테드의 연구로 시작되었는데, 그는 전류가 자기장을 만들 수 있는 전선 근처에서 나침반 바늘의 우발적인 경련에 의해 발견되었다.이 획기적인 실험은 외르스테드의 실험으로 알려져 있다.앙드레 마리 앙페르와 함께 몇 가지 다른 실험을 했는데, 그는 1820년에 닫힌 경로로 순환하는 자기장이 경로로 둘러싸인 표면을 흐르는 전류와 관련이 있다는 것을 발견했다; 칼 프리드리히 가우스; 장 밥티스트 비오와 펠릭스 사바르, 둘 다 1820년에 바이오 사바르트의 법칙을 고안했다.전류를 전달하는 와이어로부터의 자기장; 마이클 패러데이, 그는 1831년에 와이어의 루프를 통해 변하는 시간적 자속이 전압을 유도한다는 것을 발견했고, 다른 사람들은 자기와 전기 사이의 더 많은 연결을 발견했다.James Clark Maxwell은 이러한 통찰력을 Maxwell의 방정식으로 통합하고 확장하여 전기, 자기, 광학을 전자기학 분야로 통합했습니다.1905년, 알버트 아인슈타인은 그의 특수 상대성 ^[11]이론에 동기를 부여하기 위해 이 법칙들을 사용했고, 모든 관성 기준 틀에서 법칙이 참임을 요구했습니다.

전자기학은 게이지 이론, 양자 전기 역학, 전자 약 이론, 그리고 마침내 표준 모델의 보다 근본적인 이론에 통합되면서 21세기까지 계속 발전해 왔다.

원천

자력은 그 근원적으로 두 가지 근원에서 발생합니다.

1. 전류.
2. 소립자의 자기 모멘트를 회전시킵니다.

물질의 자기 특성은 주로 원자의 궤도를 도는 전자의 자기 모멘트에 기인한다.원자핵의 자기모멘트는 전형적으로 전자의 자기모멘트보다 수천 배 작기 때문에 물질의 자화 상황에서는 무시할 수 있다.그럼에도 불구하고 핵자기 모멘트는 특히 핵자기공명(NMR)과 자기공명영상(MRI)에서 다른 맥락에서 매우 중요하다.

일반적으로, 물질 내의 엄청난 수의 전자는 그들의 자기 모멘트(궤도와 본질 모두)가 상쇄되도록 배열됩니다.이는 어느 정도 파울리 배타 원리의 결과로 반대되는 고유 자기 모멘트를 가진 쌍으로 결합하고(전자 구성 참조), 0 순 궤도 운동을 가진 채워진 서브셸로 결합하기 때문이다.어느 경우든 전자는 각 전자의 자기모멘트가 다른 전자의 반대모멘트에 의해 소거되는 배열을 우선적으로 채용한다.게다가 전자 구성이 무쌍 전자 및/또는 비충전 서브셸이 있는 경우에도, 종종 고체 내의 다양한 전자가 서로 다른 랜덤 방향을 가리키는 자기 모멘트를 기여하여 물질이 자성을 띠지 않도록 한다.

때로는 자발적으로 또는 적용된 외부 자기장에 의해 각 전자 자기 모멘트가 평균적으로 정렬됩니다.적합한 재료는 강한 순 자기장을 생성할 수 있습니다.

물질의 자기 거동은 구조, 특히 전자 구성에 따라 위에서 언급한 이유와 온도에 따라 달라집니다.고온에서는 랜덤한 열운동으로 인해 전자가 정렬을 유지하는 것이 더욱 어려워집니다.알파 시스템의 높은 경도로 인해 고용 체계도 작동하지 않습니다.

자성의 종류

반자성

반자성은 모든 물질에 나타나며, 인가된 자기장에 반대하여 자기장에 의해 반발되는 물질의 경향이다.그러나 상사성(즉, 외부 자기장을 강화하는 경향)을 가진 물질에서는 상사성 거동이 ^[13]지배적이다.따라서 반자성 거동은 보편적 발생에도 불구하고 순수하게 반자성 물질에서만 관찰됩니다.반자성 재료는 무쌍 전자가 없기 때문에 고유 전자 모멘트는 부피 효과를 낼 수 없다.이러한 경우, 자화는 전자의 궤도 운동에서 발생하며, 이는 고전적으로 다음과 같이 이해할 수 있습니다.

물질이 자기장에 들어가면, 핵 주위를 도는 전자는 핵에 대한 쿨롱 인력 외에 자기장의 로렌츠 힘도 경험하게 됩니다.전자가 궤도를 도는 방향에 따라, 이 힘은 전자에 대한 구심력을 증가시켜 핵을 향해 끌어당기거나, 또는 힘을 감소시켜 핵에서 멀어지게 할 수 있습니다.이 효과는 (렌즈의 법칙에 따라) 필드 반대편에 정렬된 궤도 자기 모멘트를 체계적으로 증가시키고 필드에 평행하게 정렬된 자기 모멘트를 감소시킵니다.그 결과 인가된 자기장과 반대 방향으로 작은 벌크 자기 모멘트가 발생합니다.

보어-반 리우웬 정리는 고전 물리학에 따르면 반자성이 불가능하며, 올바른 이해를 위해서는 양자역학적 설명이 필요하다는 것을 보여준다.

모든 물질은 이 궤도 반응을 겪습니다.그러나 상사성 및 강자성 물질에서는 반자성 효과가 무쌍 전자에 의해 야기되는 훨씬 강한 효과에 의해 압도된다.

상사성

상사성 물질에는 한 개의 전자가 정확히 들어 있는 원자 또는 분자 궤도처럼 쌍이 없는 전자가 있습니다.파울리 배타 원리에 의해 쌍으로 된 전자는 고유('스핀') 자기 모멘트가 반대 방향을 가리키도록 요구되어 자기장이 상쇄되는 반면, 쌍으로 구성되지 않은 전자는 자유롭게 자기 모멘트를 어느 방향으로든 정렬할 수 있습니다.외부 자기장이 인가되면 이러한 자기 모멘트는 인가된 자기장과 같은 방향으로 정렬되어 강화되는 경향이 있습니다.

강자성

강자석은 상사성 물질과 마찬가지로 짝이 없는 전자를 가지고 있다.그러나 이들 재료에서는 전자의 고유자기모멘트가 인가된 전계와 평행한 경향에 더해 이들 자기모멘트가 서로 평행한 방향으로 저에너지 상태를 유지하는 경향도 있다.따라서, 인가장이 없는 경우에도, 물질 내 전자의 자기 모멘트는 자연스럽게 서로 평행하게 정렬됩니다.

모든 강자성 물질은 퀴리 온도 또는 퀴리 점이라고 불리는 각각의 온도를 가지고 있으며, 그 위에 강자성 특성을 잃습니다.이는 강자성 질서에 의한 에너지 저감을 열적 성향이 압도하기 때문입니다.

강자성은 몇 가지 물질에서만 발생합니다. 흔한 물질로는 철, 니켈, 코발트, 이들의 합금, 그리고 희토류 금속의 합금이 있습니다.

자기 영역

강자성 물질에 있는 원자의 자기 모멘트는 원자가 작은 영구 자석처럼 행동하도록 만든다.이들은 서로 붙어 자기 영역 또는 바이스 영역이라고 불리는 다소 균일한 정렬의 작은 영역으로 정렬됩니다.자기영역은 자기력 현미경으로 관찰할 수 있으며 스케치 상의 흰색 선과 유사한 자기영역 경계를 드러낼 수 있습니다.자기장을 물리적으로 보여줄 수 있는 많은 과학 실험들이 있다.

도메인에 분자가 너무 많으면 불안정해지고 반대 방향으로 정렬된 두 개의 도메인으로 분할되므로 오른쪽과 같이 보다 안정적으로 결합할 수 있습니다.

자기장에 노출되면 도메인 경계가 이동하기 때문에 왼쪽과 같이 자기장에 맞춰 정렬된 도메인이 커지고 구조체(도트된 노란색 영역)를 지배합니다.자기 필드를 삭제해도 도메인은 자기화되지 않은 상태로 돌아가지 않을 수 있습니다.그 결과 강자성 물질이 자화되어 영구 자석을 형성하게 됩니다.

지배적인 도메인이 다른 모든 도메인을 오버런하여 단일 도메인이 될 정도로 강하게 자화되면 재료는 자기 포화 상태가 됩니다.자화된 강자성 물질이 퀴리점 온도로 가열되면, 분자는 자기 영역이 조직을 잃을 정도로 교반되고, 그로 인해 야기되는 자기 특성은 멈춘다.물질이 냉각되면, 이 영역 정렬 구조는 액체가 결정성 고체로 얼 수 있는 방법과 거의 유사한 방식으로 자발적으로 돌아옵니다.

반강자성

반강자석에서는 강자석과 달리 인접한 원자가 전자의 고유자기모멘트가 반대 방향을 가리키는 경향이 있다.모든 원자가 하나의 물질에 배치되어 각각의 이웃이 반평행하게 되면 그 물질은 반강자성을 띤다.반강자석은 0의 순자기 모멘트를 가지며, 이는 반강자석에 의해 자기장이 생성되지 않는다는 것을 의미합니다.반강자석은 다른 유형의 거동에 비해 덜 일반적이며 대부분 저온에서 관찰됩니다.다양한 온도에서 반강자석은 반자성 및 강자성 특성을 보이는 것으로 볼 수 있습니다.

일부 재료에서는 인접 전자가 반대 방향을 가리켜 주길 선호하지만 인접 전자의 각 쌍이 반정렬인 기하학적 배열은 없습니다.이것은 스핀 글라스라고 불리며 기하학적 좌절의 한 예이다.

페리마그네틱

강자성과 마찬가지로, 강자성은 자기장이 없어도 자성을 유지한다.그러나 반강자석과 마찬가지로 인접한 전자 스핀 쌍은 반대 방향을 가리키는 경향이 있습니다.이 두 가지 특성은 모순되지 않습니다. 왜냐하면 최적의 기하학적 배열에서는 반대 방향을 가리키는 부격자보다 한 방향을 가리키는 전자의 부격자로부터의 자기 모멘트가 더 많기 때문입니다.

대부분의 페라이트는 페리마그네틱이다.처음 발견된 자성 물질인 마그네타이트는 페라이트이며 원래 강자석으로 생각되었다. 하지만 루이 네엘은 페리마그네틱을 발견한 후에 이것을 반증했다.

초파라매트릭스

강자석이나 페리마그넷이 충분히 작을 때, 그것은 브라운 운동을 받는 하나의 자기 스핀처럼 작용한다.자기장에 대한 그것의 반응은 질적으로 파라자넷의 반응과 비슷하지만 훨씬 더 크다.

기타 자기 유형

• 메타자성
• 분자 기반 자석
• 단분자 자석
• 스핀글라스

전자석

전자석은 전류에 ^[14]의해 자기장이 생성되는 자석의 일종이다.전류를 끄면 자기장이 사라집니다.전자석은 일반적으로 자기장을 생성하는 다수의 촘촘한 간격의 와이어 회전으로 구성됩니다.와이어 턴은 종종 철과 같은 강자성 또는 강자성 재료로 만들어진 자성 코어에 감깁니다. 자성 코어는 자속을 집중시켜 더 강력한 자석을 만듭니다.

영구 자석에 비해 전자석의 주요 장점은 권선의 전류량을 제어함으로써 자기장을 빠르게 바꿀 수 있다는 것입니다.그러나 전원이 필요 없는 영구 자석과 달리 전자석은 자기장을 유지하기 위해 지속적으로 전류를 공급해야 합니다.

전자석은 모터, 발전기, 릴레이, 솔레노이드, 확성기, 하드 디스크, MRI 기계, 과학 기기 및 자기 분리 장비와 같은 다른 전기 장치의 구성 요소로 널리 사용됩니다.전자석은 고철이나 ^[15]강철과 같은 무거운 철 물체를 들어 이동시키는 산업에도 사용된다.전자기학은 ^[16]1820년에 발견되었다.

자기, 전기 및 특수 상대성 이론

아인슈타인의 특수 상대성 이론의 결과로, 전기와 자성은 근본적으로 연관되어 있다.전기가 없는 자기와 자력이 없는 전기는 모두 길이 수축, 시간 연장, 자기력이 속도에 의존한다는 등의 영향으로 인해 특수 상대성 이론과 일치하지 않는다.그러나 전기와 자성을 모두 고려할 때, 결과 이론(전자성)은 특수 상대성 ^[11][17]이론과 완전히 일치한다.특히, 한 관찰자에게 순수하게 전기적이거나 순수하게 자기적으로 보이는 현상은 다른 관찰자에게 두 가지 모두 혼합될 수 있으며, 더 일반적으로 전기와 자성의 상대적 기여는 기준 프레임에 의존할 수 있다.따라서, 특수상대성이론은 전기와 자성을 전자기학이라고 불리는 하나의 분리할 수 없는 현상으로 "혼합"하는데, 이는 일반상대성이론이 시공간에 "혼합"하는 방법과 유사하다.

전자기학에 대한 모든 관찰은 주로 자기로 간주될 수 있는 것에 적용된다. 예를 들어 자기장의 섭동은 필연적으로 0이 아닌 전기장을 동반하며 빛의 ^{[citation needed]}속도로 전파된다.

재료의 자기장

진공상태에서

$\displaystyle \mathbf {B} \=\mu _{0}\mathbf {H},}$

여기서₀ μ는 진공 투과율이다.

소재에 있어서

$\displaystyle \mathbf {B} \=\mu _{0}(\mathbf {H} +\mathbf {M}).\ }$

μM의₀ 양을 자기 편광이라고 합니다.

필드 H가 작을 경우, 반자성 또는 파라자넷에서의 자화 M의 응답은 대략 선형입니다.

${\displaystyle \mathbf {M} =\chi \mathbf {H} ,}$

비례성의 상수를 자기 감수성이라고 한다.그렇다면,

$\displaystyle \mu _{0}(\mathbf {H} +\mathbf {M})\=\mu _{0}(1+\chi)\mathbf {H}\mu _{r}\mu _0}\mathbf {H}$

강자석과 같은 경질 자석에서는 M은 전장에 비례하지 않으며 H가 0일 때에도 일반적으로 0이 아니다(리마넌스 참조).

자력

자성의 현상은 자기장에 의해 "중개"된다.전류 또는 자기 쌍극자는 자기장을 만들고, 그 자기장은 자기장에 있는 다른 입자에 자기력을 부여합니다.

맥스웰 방정식은 정상 전류의 경우 비오트-사바트의 법칙으로 단순화되며, 이러한 힘을 지배하는 장의 기원과 동작을 설명합니다.따라서, 자성은 예를 들어 전류 중의 전자의 움직임 또는 원자핵 주위의 전자의 궤도 운동에서 볼 수 있습니다.그것들은 또한 양자역학적 스핀에서 발생하는 "내적" 자기 쌍극자에서 발생한다.

자기장을 생성하는 것과 같은 상황(전하 또는 원자 내에서 이동하는 전하, 고유 자기 쌍극자)은 자기장이 영향을 미쳐 힘을 생성하는 상황이기도 합니다.다음은 전하 이동 공식입니다. 고유 쌍극자에 대한 힘은 자기 쌍극자를 참조하십시오.

하전 입자가 자기장 B를 통과할 때 교차곱에 ^[18]의해 주어진 로렌츠 힘 F를 느낀다.

${\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$

어디에

${\displaystyle q}${ $display style$q$$ }는 입자의 전하입니다.

v는 입자의 속도 벡터이다.

이것은 교차곱이기 때문에 힘은 입자의 움직임과 자기장 양쪽에 수직입니다.따라서 자기력은 입자에 작용하지 않으며, 입자의 이동 방향을 바꿀 수는 있지만 입자의 속도를 높이거나 늦추지는 않습니다.힘의 크기는

${\displaystyle F=qvB\sin \theta,}$

$여기$서 ${\$ { $displaystyle \theta }$는 v와 B 사이의 각도입니다.

이동전하의 속도벡터 방향, 자기장, 힘을 결정하는 하나의 도구는 오른손으로 집게손가락 'V',^{[dubious – discuss]} 가운데손가락 'B', 엄지손가락 'F'를 표시하는 것이다.집게손가락 아래에 가운데손가락이 교차하면서 총과 같은 구성을 할 때, 손가락은 각각 속도 벡터, 자기장 벡터, 힘 벡터를 나타낸다.「오른쪽 룰」을 참조해 주세요.

자기 쌍극자

자연에서 발견되는 자기장의 매우 흔한 원천은 쌍극자로, "남극"과 "북극"은 자석을 나침반으로 사용하여 지구상의 남북을 나타내기 위해 지구의 자기장과 상호작용하는 용어이다.자석의 양끝이 끌어당기기 때문에 자석의 북극은 다른 자석의 남극에 끌어당긴다.지구의 북극 자기 극(현재 캐나다 북쪽 북극해에 있음)은 나침반의 북극을 끌어당기기 때문에 물리적으로 남극입니다.자기장에는 에너지가 포함되어 있어 물리 시스템은 에너지가 낮은 구성으로 이동합니다.반자성 물질이 자기장에 배치되면 자기 쌍극자가 그 자기장과 반대되는 극성으로 정렬되는 경향이 있으므로 순 자기장 강도가 낮아집니다.강자성 물질이 자기장 내에 배치되면 자기 쌍극자가 인가된 자기장과 정렬되어 자기 영역의 영역 벽을 확장합니다.

자기 단극

막대 자석은 막대 전체에 고르게 분포된 전자로부터 강자성을 얻기 때문에 막대 자석이 반으로 잘리면 각각의 조각은 더 작은 막대 자석이 됩니다.자석은 북극과 남극을 가지고 있다고 하지만, 이 두 극은 서로 분리될 수 없다.모노폴은 만약 그런 것이 존재한다면 근본적으로 다른 종류의 자성체가 될 것입니다.그것은 남극에 부착되지 않은 고립된 북극으로 작용하거나 그 반대일 것이다.단극은 전하와 유사한 "자기 전하"를 운반할 것이다.1931년 이후 체계적인 탐색에도 불구하고 2010년 현재^[update] 이러한 탐색은 관찰된 적이 없으며 존재하지 ^[19]않을 수도 있습니다.

그럼에도 불구하고, 몇몇 이론 물리 모델들은 이러한 자기 단극의 존재를 예측한다.1931년 폴 디락은 전기와 자성이 일정한 대칭을 보이기 때문에 양자 이론이 개별 양전하 또는 음전하를 반대 전하 없이 관측할 수 있다고 예측한 것처럼 고립된 남극이나 북극을 관측할 수 있어야 한다고 관측했다.양자 이론을 사용하여 Dirac은 만약 자기 단극이 존재한다면, 전하의 양자화를 설명할 수 있다는 것을 보여주었다. 즉, 관측된 소립자가 전하의 배인 전하를 가지고 있는 이유.

특정 대통합 이론은 소립자와 달리 솔리톤(국소화된 에너지 패킷)인 모노폴의 존재를 예측한다.빅뱅에서 생성된 단극의 수를 추정하기 위해 이러한 모델을 사용한 최초의 결과는 우주론적 관측과 모순되었다. 단극은 우주의 팽창을 멈춘 지 오래일 정도로 풍부하고 거대했을 것이다.그러나 (이 문제가 부분적인 동기로 작용한) 인플레이션의 개념은 단극이 존재하지만 현재의 ^[20]관측과 일치할 만큼 충분히 드문 모델을 만들어내면서 이 문제를 해결하는 데 성공했다.

단위

SI

SI 전자 장치 v t
기호[21]	수량명	유닛명	기호.	베이스 유닛
E	에너지	줄	J = CΩV	kgµs2−2
Q	전하	쿨롱	C	A's
I	전류	암페어	A = C/s = W/V	A
J	전류 밀도	평방미터당 암페어	A/m2	아임−2
δV; φV; ε	전위차	볼트	V = J/C	kg µs2−3 † A−1
R; Z; X	전기 저항; 임피던스; 리액턴스	옴	ω = V/A	kg µs2−3 † A−2
ρ	저항률	옴 미터기	★★★m	kg µs3−3 † A−2
P	전력	와트	W = VΩA	kgµs2−3
C	정전 용량	패러드	F = C/V	kg−1 µm−22 † A †s4
ΦE	전기 플럭스	볼트 미터기	vm	kg µs3−3 † A−1
E	전계 강도	미터당 볼트	V/m = 없음	kg µm−1 † A †s−3
D	전위장	평방미터당 쿨롱	C/m2	A's'm−2
ε	유전율	파라드/미터	F/m	kg−1 µm−32 † A †s4
χe	전기 자화율	(무료)	1	1
G;Y;B	전도성	지멘스	S = ω−1	kg−1 µs−23 † A2
,, ,, σ	전도성	미터당 지멘스	S/m	kg−1 µs−33 † A2
B	자속밀도, 자기유도	테슬라	T = Wb/m2 = NµAµm−1−1	kg−2 † A−1
φM, φB, φ	자속	웨버	Wb = Vµs	kg µs2−2 † A−1
H	자기장 강도	미터당 암페어	A/m	아임−1
L, M	인덕턴스	핸리다.	H = Wb/A = Vµs/A	kg µs2−2 † A−2
μ	투과성	헨리/미터	H/M	kg µs−2 † A−2
χ	자화율	(무료)	1	1
µ	자기 쌍극자 모멘트	암페어 평방미터	Amm2 = JtT−1	아임2
σ	질량 자화	킬로그램당 암페어 평방미터	Amm2/kg	A ⋅ m2−1 킬로그램

다른.

• 가우스: 자기장(B 표시)의 센티미터그램초(CGS) 단위.
• oersted – 자화장의 CGS 단위(H 표시)
• maxwell – 자속용 CGS 단위
• 감마 – 테슬라가 사용되기 전에 일반적으로 사용된 자속 밀도 단위(1.0 감마 = 1.0 나노테슬라)
• μ₀ – 자유 공간의 투과성을 나타내는 공통 기호(4µ × 10⁻⁷ 뉴턴/(암페어-턴))²

생물

어떤 유기체들은 자기장, 즉 자기 수용으로 알려진 현상을 감지할 수 있다.생명체의 일부 물질은 강자성을 띠지만, 자성 특성이 특별한 기능을 하는지 아니면 단순히 철분을 함유한 부산물인지는 불분명합니다.예를 들어, 해양 연체동물의 일종인 키톤은 이빨을 단단하게 하기 위해 자철을 생성하며, 심지어 인간도 신체 조직에서 ^[22]자철을 생성한다.자기생물학은 자기장이 살아있는 유기체에 미치는 영향을 연구한다; 유기체에 의해 자연적으로 생성된 자기장은 생물자기학으로 알려져 있다.많은 생물학적 유기체들은 대부분 물로 이루어져 있고, 물은 반자성이기 때문에, 극도로 강한 자기장이 이러한 생물들을 밀어낼 수 있다.

자성의 양자역학적 기원

고전물리학에 기초한 발견적 설명은 공식화할 수 있지만 반자성, 상사성, 강자성은 ^[23][24]양자이론을 통해서만 충분히 설명할 수 있다.$성공적$인 모델은 1927년에 이미 Walter Heitler와 Fritz London에 의해 개발되었으며, 그는 양자역학적으로 수소 분자가 수소 원자, 즉 원자 수소 $궤도$로부터 어떻게 형성되는지를 도출했다$.$A$}$와 ${\displaystyle u_{}}$ B$(<$ 스타일 $u_{B})$는 핵 A와 B를 중심으로 한다.이것이 자력으로 이어진다는 것은 전혀 명백하지 않지만, 다음에 설명하겠습니다.

하이틀러-런던 이론에 따르면, 이른바 2체 분자$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle \sigma)$ - 궤도$$(orbitals)가 형성된다. 즉, 그 결과 오비탈은 다음과 같다.

$\displaystyle \psi(\mathbf {r} _{1} , \mathbf {r} _{2} ) = scffrac {1} {2},\left(u_{A} \mathbf {r} _{2} + u_{B} (\mathbf {r})$

여기서 마지막 산물은 첫 번째 전자 r이₁ 두 번째 핵을 중심으로 한 원자 수소 궤도 안에 있는 반면, 두 번째 전자는 첫 번째 핵 주위를 돈다는 것을 의미합니다.이 교환 현상은 같은 성질을 가진 입자를 구별할 수 없는 양자역학적 성질의 표현이다.화학 결합의 형성뿐만 아니라 자기에도 특유합니다.즉, 이 관련에서 교환 상호작용이라는 용어는 자성의 기원에 필수적이며, 대략적으로 100, 심지어 1000으로 전기동적 쌍극자 상호작용에서 발생하는 에너지보다 강한 항이 발생한다.

자성을 담당하는 스핀 함수${\displaystyle }\delta {\displaystyle }$(${\displaystyle {}_{}{}_{}}$1, s$)({displaystyle \chi(s_{1},s_{2$에 대해서는 대칭 궤도(즉, 위와 같이 + 부호가 있는)에 반대칭 스핀 함수(즉, 부호가 있는)를 곱해야 한다는 파울리의 원리를 가지고 있다.다음과 같이 됩니다.

${\displaystyle {s\mathrm{}}_{}{}_{}}$(${\displaystyle {}_{}s{}_{}}$ 1,${\displaystyle \frac{\sqrt{s\mathrm{}}}{}}$ 2) ${\displaystyle =\frac{}{}1}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ( ${\displaystyle \alpha }$(${\displaystyle {}_{}}$s ${\displaystyle {}_{}}$)${\displaystyle \beta {}_{}}$ s ${\displaystyle {}_{}}$) - ${\displaystyle {\beta \mathrm{}}_{}}$ (${\displaystyle {}_{}}$s ${\displaystyle 1}$)$α$ ( s )${\displaystyle }$（${\displaystyle {}_{}}$s 2)$$=$displaystyle \chi$ ( s _ {$1}$ ,$s$_ {2$} = displayfrac${1} {2} , , , \$left$( \ $alpha$( s$_$ { {1$}$ ) \ { s _ {\ {\ rt$}$ ) } ) （$s$ _ { s _ ${\ rt$} ) } ) } ${\displaystyle \}}$ )

즉$,$ ${\displaystyle {사용자}_{}}$뿐만 아니라 {\$displaystyle u_{$A}}과 너 B{\displaystyle u_{B}}α과 β 각각(첫번째 실체"스핀 업 하다", 두번째"스핀 다운하다"를 의미한다)에 의해,라− 표지판 옆에는+부호, 그리고 마침내가 불연속 값들에 의해si()±½)ri, 따라서 우리는 α(1/2+) 알고 있으니까 β(− 1/2)=1{\displaystyle \alpha(+1/2)=\beta(-1/2)=1}a대체되어야 한다알몬드${\displaystyle \alpha }$(${\displaystyle }$-${\displaystyle 1}$ /${\displaystyle 2\mathrm{}}$) ${\displaystyle =}$β (${\displaystyle }$+${\displaystyle 1}$ /${\displaystyle 2\mathrm{}}$ ) $=$ ${\displaystyle 0}$ { $displaystyle \alpha$( -$1$ / 2) = \ $sign$( +$1$ / 2) =$0$ . "singlet 상태" 즉, - 부호는 스핀이 반강자성이며, 고체의 경우 반강자성을 가지며, 2원자 분자의 경우 반자성을 갖는다.(동질) 화학 결합을 형성하는 경향(즉, + 부호를 사용하여 대칭 분자 오비탈을 형성하는 것)은 파울리 원리를 통해 자동으로 (즉, - 부호를 사용하여) 반대칭 스핀 상태로 귀결된다.반대로, 전자의 쿨롱 반발, 즉 이러한 반발에 의해 서로를 피하려는 경향은 이 두 입자의 반대칭 궤도 함수(즉, - 부호가 있음)를 초래할 것이며, 대칭 스핀 함수(즉, "트리플트 함수" 중 하나인 + 부호가 있음)를 보완할 것이다.따라서 스핀은 평행하게 됩니다(고체에서는 강자성, 2원자 기체에서는 상사성).

마지막으로 언급한 경향은 철, 코발트 및 니켈, 그리고 일부 강자성인 희토류에서 지배적이다.처음 언급한 경향이 지배적인 다른 금속의 대부분은 비자성(나트륨, 알루미늄, 마그네슘 등) 또는 반강자성(망간 등)입니다.이원자 가스는 또한 거의 반자성이고 상사성 기체가 아니다.그러나 산소 분자는 γ-오비탈의 관여로 인해 생명과학에 있어 중요한 예외이다.

하이틀러-런던의 고려사항은 하이젠베르크 자기모형(하이젠베르크 1928)으로 일반화할 수 있다.

따라서 현상에 대한 설명은 기본적으로 양자역학의 모든 미묘함에 기초하는 반면, 전기역학은 주로 현상학을 다룬다.

광학적으로 유도되는 자기

광학적으로 유도되는 자성은 본질적으로 광학과 유도된 자성의 조합이다.광학은 빛의 거동에 대한 연구이며, 유도 자력은 물체가 자석 근처에 있고 물체 자체가 자성을 띠게 되는 것입니다[1].

광학적으로 유도되는 자성은 전류가 자성층을 통과하고 전류가 스핀 편파될 때 작동합니다.스핀 편파 전류는 자화에 대해 스핀 전달 토크(STT) 스핀 전달 토크를 발휘합니다.이 현상은 스핀-오빗 커플링(SOC) 스핀-오빗 상호 작용 및 그에 상응하는 토크(스핀-오빗 토크(SOT))에 의해 비자성 금속 내부에서도 발생할 수 있습니다.

방법

광학적으로 유도되는 자성은 초기 광자가 물질 내에서 전기 분극을 확립하고 궤도 각운동량을 발생시킬 때 발생합니다.이는 L = 0과 L = 1 사이에서 전이되는 물질 내의 모든 전기 쌍극자에서 발생한다. 두 번째 광자는 궤도 각운동량에 자기 토크를 가할 수 있으며, 이는 궤도 각운동량의 회전 각운동량으로 교환을 일으킨다.궤도 각 운동량에서 회전 각 운동량으로 변화하면 분자가 탈 들뜨고 전하 운동 반경이 커집니다.전하 반경이 증가하면 자기 쌍극자 전자 모멘트가 증가합니다.이는 자기 쌍극자가 분자 내 전류로 둘러싸인 영역(m = ids)에 따라 달라지기 때문입니다.반자성[2] 반자성과 같이 "비자성"으로 생각되는 물질에서는 유전체인 한 이러한 유형의 자성이 발생할 수 있습니다.

유전체 재료를 광학적으로 들뜨게 할수록 더 많은 자기 쌍극자가 형성되고, 따라서 물질이 더 많이 자성을 띠게 됩니다.그러나 전기 쌍극자 전기 쌍극자 모멘트 크기는 항상 자기 쌍극자 크기보다 크며, 자기 쌍극자 모멘트는 항상 전기 쌍극자 모멘트에 상대적입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

추가 정보

참고 문헌

• 과학 스낵 탐험 – 제목 :물리/전기/자기
• 자기 구조 집합 – MAGNDATA