자기유도 자기차폐 자기쌍극자 자기포화곡선 자기히스테리시스

자기유도 Magnetic Induction

영어단어 마그네닉 인덕션 뜻 그대로 자기적으로 유도되는 현상입니다. 어떤 물질이 자계 내에 놓여 있으면 그 양단에 자극이 발생합니다. 예를 드어 쇠막대기를 자석 N극 근처에 두면 쇠막대기가 자석과 가까운 쪽은 S극으로 반대쪽은 N극으로 자회되는데 이는 자기유도 때문에 발생합니다.

 

 

이렇게 자화되는 물질을 상자성체 paramegnetic substance와 역자성체 diamagnetic substance로 나뉩니다. 상자성체 중에서 자화의 정도가 대단히 큰 경우를 강자성체 ferromagnetic substance라고 합니다.

 

자기유도 (상자성체 vs 역자성체)

 

※ 자기유도는 Magnetic Induction과 Self Induction 두가지 의미가 있는데 이 글에서는 Magentic Induction을 의미합니다.  Self Induction은 코일에 전류가 흐르면 자속이 변화하고 전자유도에 의해 유도기전력이 발생하는데 이때 Self Induction이라고 합니다 유도기전력 e = -L (di / dt)으로 인덕턴스 L에 비례합니다.

 

자기차폐 Magnetic Shielding

어떠힌 물체 주위를 일정한 거리를 두고 철과 같은 강자성체 ferromagentic substance  물질로 둘러싸면 대부분의 자속은 자성체 내부를 통과하기 때문에 내부에 있는 물체의 자계는 외부의 자계와 비교했을 때 상당히 작아집니다. 이런 원리를 이용하여 내부의 자계와 외부의 자계를 차단하는 것을 자기차폐 Magnetic Shielding이라고 합니다.

 

 

자기쌍극자 Magnetic dipole

자석은 아무리 크기가 작아도  +와 - 두 개의 자극을 가진 상태로 존재하기 됩니다.  정전계에서는 유전체 분극현상으로 발생하는 +와 -전하의 분류가 가능하지만 자계는 이게 불가능합니다. 다만 근사적으로 유전체내의 분극 현상에 대응하여 가정한 +와 -자하가 아주 인접한 상태에 있고 moment를 갖는 현상으로 이해할 수 있습니다.

 

 

자기포화곡선 Magnetic Saturation Curve

초기에 자화되어 있지 않는 철에 자계(H)를 가하여 점점 자계를 세게 하면 자구가 회전을 하고 자화의 세기 (J)도 점점 커지게 됩니다.  어느 지점부터는 자화의 세기 J가 급격하게 커지다가 또 어느 지점을 지나면  점차 증가속도가 느려져서 전체적으로 S자 모양을 그리게 됩니다. 진공 속에서는 자속밀도 (B)와 자화의 세기(J) 변화는 거의 같습니다. 이와 같은 곡선을 자화곡선이라고 하며 J & H보다는 B&H를 더 많기 사용하게 됩니다. 그래서 B-H곡선이라고도 불립니다.

 

 

이 곡선은 자성체의 포화과정을 설명하기도 하므로 자화곡선을 자기포화 곡선이라고도 합니다. 자속밀도 B와 자성체내 자계 (H)의 관계식은 아래와 같이 표현됩니다.

 

B = μH 

 

이 μ가 자성체의 투자율입니다. 철(Fe) 처럼 강자성체는 B-H 관계가 정비례하지 않고 투자율 μ 또한 H에 따라 값이 달라집니다. 

 

 

자기히스테리시스 Magnetic hysteresis 

강자성체를 자화하게 되면 자기포화현상 때문에 B - H 비례관계가 되지 않으며, 자화의 세기도 자성체에 작용하는 자계에  가역적으로 되지도 않습니다. 이 과정은 자화상태에 도달할 때까지 경력에 따라 달라지게 됩니다. 이러한 현상을 자기히스테리시스라고 합니다. 

 

아래 그림에서 초기 자화가 0인 시점에서부터 살펴보면 o → a → e로 되지만 자계를 감소시키면 이 라인을 역수로 내려오지 않고  e → f → g 경로를 따라 변화하게 됩니다.

 

자기히스테리시스