반자성는 응답 중 하나가 외부 자계의 존재 문제이다. 이 자기장의 반대 또는 반대가 특징이며 일반적으로 물질의 유일한 자기 반응이 아닌 한 강도가 가장 약합니다.
반발 효과가 재료가 자석에 제공하는 유일한 경우, 재료는 반자성으로 간주됩니다. 다른 자기 효과가 우세하면 그것이 무엇인지에 따라 상자성 또는 강자성으로 간주됩니다.
반자성 물질 인 비스무트 조각. 출처 : Pixabay.
Sebald Brugmans는 1778 년에 자석의 모든 극과 재료 사이의 반발에 대한 최초의 언급으로, 특히 비스무트 및 안티몬과 같은 요소에서 분명하게 나타납니다.
나중에 1845 년에 Michael Faraday는이 효과를 더 면밀히 연구하고 그것이 모든 물질의 고유 한 속성이라고 결론지었습니다.
반자성 물질과 그 반응
비스무트와 안티몬, 그리고 금, 구리, 헬륨과 같은 다른 물질과 물과 나무와 같은 물질의 자기 적 거동은 자석이 철, 니켈 또는 금속에 가하는 잘 알려진 강력한 자기 적 인력과 크게 다릅니다. 코발트.
일반적으로 낮은 강도의 응답 임에도 불구하고 충분히 강한 외부 자기장에 직면하여 모든 반자성 물질, 심지어 살아있는 유기 물질도 매우 현저한 반대 자화를 경험할 수 있습니다.
16 Tesla만큼 강한 자기장을 생성함으로써 (이미 1 Tesla는 상당히 강한 것으로 간주 됨) 네덜란드 암스테르담에있는 Nijmegen High Field Magnet Laboratory의 연구자들은 1990 년대에 딸기, 피자 및 개구리를 자기 적으로 부상시킬 수있었습니다.
반자성과 충분히 강한 자기장 덕분에 사람의 손가락 사이에 작은 자석을 공중에 띄울 수도 있습니다. 자기장은 그 자체로 작은 자석을 힘으로 끌어 당길 수있는 자기력을 발휘하고이 힘이 무게를 보상하도록 할 수 있지만 작은 자석은 매우 안정적으로 유지되지 않습니다.
최소한의 변위를 경험하자마자 큰 자석이 가하는 힘이 빠르게 끌어 당깁니다. 그러나 사람의 손가락이 자석 사이에 오면 작은 자석이 안정되어 사람의 엄지와 집게 손가락 사이로 공중에 떠 오릅니다. 마법은 손가락의 반자성으로 인한 반발 효과 때문입니다.
물질에서 자기 반응의 기원은 무엇입니까?
외부 자기장의 작용에 대한 모든 물질의 근본적인 반응 인 반자성의 기원은 원자가 전하를 가진 아 원자 입자로 구성되어 있다는 사실에 있습니다.
이 입자들은 정적이 아니며 그들의 움직임은 자기장을 생성합니다. 물론 물질은 그것들로 가득 차 있으며 철 화합물뿐만 아니라 모든 물질에서 항상 일종의 자기 반응을 기대할 수 있습니다.
전자는 주로 물질의 자기 적 특성을 담당합니다. 매우 간단한 모델에서는이 입자가 균일 한 원 운동으로 원자핵을 공전한다고 가정 할 수 있습니다. 이것은 전자가 자기장을 생성 할 수있는 작은 전류 루프처럼 행동하기에 충분합니다.
이 효과의 자화를 궤도 자화 라고 합니다. 그러나 전자는 원자의 자기에 추가적인 기여를합니다 : 고유의 각운동량.
고유 각운동량의 기원을 설명하는 비유는 전자가 축을 중심으로 회전 운동을한다고 가정하는 것입니다.
운동이고 하전 입자이기 때문에 스핀은 소위 스핀 자화에 기여합니다 .
두 가지 기여 모두 순 또는 결과적인 자화를 일으키지 만 가장 중요한 것은 스핀으로 인한 것입니다. 핵의 양성자는 전하와 스핀을 가지고 있음에도 불구하고 원자의 자화에 크게 기여하지 않습니다.
반자성 물질에서는 궤도 모멘트와 스핀 모멘트의 기여가 모두 상쇄되기 때문에 결과적인 자화는 0입니다. 첫 번째는 렌츠의 법칙 때문이고 두 번째는 궤도의 전자가 반대 스핀으로 쌍을 이루고 껍질이 짝수의 전자로 채워지기 때문입니다.
물질의 자기
반 자기 효과는 궤도 자화가 외부 자기장의 영향을받을 때 발생합니다. 이렇게 얻은 자화는 M 으로 표시 되고 벡터입니다.
자기장이 어디로 향하든 상관없이 반자성 반응은 유도 전류가 루프를 통한 자속의 변화에 반대한다는 Lenz의 법칙 덕분에 항상 반발 적입니다.
그러나 물질에 일종의 영구 자화가 포함되어 있으면 응답이 인력이 될 것입니다.
설명 된 효과를 정량화하기 위해, 자화 M이 발생하는 등방성 재료 (특성은 공간의 어느 지점에서나 동일 함)에 적용된 외부 자기장 H를 고려하십시오 . 마찬가지로 그 결과, 자기 유도 안에 만들어 B를 사이에 발생하는 상호 작용의 결과로서, H 및 M .
이 모든 양은 벡터입니다. B 와 M 은 물질의 투자율 μ와 자기 감수성 χ, 각각의 비례 상수 인 H 에 비례하며, 이는 외부 자기 영향에 대한 물질의 특정 반응을 나타냅니다.
B = μH
재료의 자화도 H에 비례합니다 .
M = χ H
위의 방정식은 cgs 시스템에서 유효합니다. 양 B 및 H 및 M은 서로 다른 유닛이지만, 동일한 크기를 갖는다. 들면 B 가우스이 시스템과 사용되는 H 사용한 에르스텟된다. 이렇게하는 이유는 외부에서 적용되는 필드와 재료 내부에서 생성 된 필드를 구별하기 위해서입니다.
일반적으로 사용되는 국제 시스템에서 첫 번째 방정식은 다소 다른 모습을 보입니다.
B = μ 또는 μ r H
μ o 는 4π x 10-7 Tm / A (Teslameter / Ampere)에 해당하는 빈 공간의 투자율이고 μ r 은 무 차원 진공을 기준으로 한 매체의 상대 투자율입니다.
물질의 반자성 특성을 설명하는 데 가장 적합한 특성 인 자화율 χ 측면에서이 방정식은 다음과 같이 작성됩니다.
B = (1 + χ) μ 또는 H
μ r = 1 + χ 사용
국제 시스템에서 B 는 Tesla (T)로, H 는 한때 Lenz라고 불렸지만 지금까지 기본 단위로 남아있는 단위 인 Ampere / meter로 표현됩니다.
χ가 음수 인 재료에서는 반자성으로 간주됩니다. χ는 온도와 무관 한 상수 값으로 간주 될 수 있기 때문에 이러한 물질을 특성화하는 것은 좋은 매개 변수입니다. 자기 반응이 더 많은 재료에는 해당되지 않습니다.
일반적으로 χ는 -10 -6 ~ -10 -5 정도 입니다. 초전도체는 χ = -1을 가지므로 내부 자기장이 완전히 상쇄됩니다 (마이너 효과).
그들은 반자성이 약한 반응을 멈추고 처음에 설명한 것처럼 물체를 부양 할 수있을만큼 강해지는 완벽한 반자성 재료입니다.
애플리케이션 : 자기 뇌파 검사 및 수처리
생물은 일반적으로 자기에 대한 반응이 약한 물과 유기물로 만들어집니다. 그러나 반자성은 우리가 말했듯이 유기물을 포함하여 물질의 본질적인 부분입니다.
인간과 동물 내부에는 작은 전류가 순환하여 의심 할 여지없이 자기 효과를 생성합니다. 이 순간 독자가 눈으로이 단어를 따라가는 동안 작은 전류가 그의 뇌에서 순환하여 정보에 접근하고 해석 할 수있게합니다.
뇌에서 발생하는 약한 자화를 감지 할 수 있습니다. 이 기술은 오징어라고 검출기를 사용하여 자기 뇌파로 알려져있다 (초전도 양자 간섭 장치) (10)의 순서에 매우 작은 자계를 감지하는 -15 T.
SQUID는 매우 정확하게 뇌 활동의 출처를 찾을 수 있습니다. 소프트웨어는 얻은 데이터를 수집하고이를 뇌 활동의 상세한지도로 변환하는 역할을합니다.
외부 자기장은 어떤 방식 으로든 뇌에 영향을 미칠 수 있습니다. 얼마예요? 최근의 일부 연구에 따르면 약 1T의 상당히 강한 자기장이 두정엽에 영향을 미쳐 잠시 동안 뇌 활동의 일부를 방해 할 수 있습니다.
반면에 자원 봉사자들이 4T의 강도를 생성하는 자석 안에서 40 시간을 보냈던 다른 사람들은 눈에 띄는 부정적인 영향을받지 않고 떠났습니다. 적어도 오하이오 대학은 지금까지 8 T의 분야에 머무르는 데 위험이 없다고 지적했습니다.
박테리아와 같은 일부 유기체는 자철광의 작은 결정을 통합 할 수 있으며이를 사용하여 지구 자기장 내에서 방향을 잡을 수 있습니다. 마그네타이트는 벌과 새와 같은 더 복잡한 유기체에서도 발견되어 같은 목적으로 사용됩니다.
인체에 자성 미네랄이 있습니까? 네, 마그네타이트는 인간의 뇌에서 발견되었습니다. 그러나 그것이 어떤 목적으로 존재하는지는 알 수 없습니다. 이것이 더 이상 사용되지 않는 기술이라고 추측 할 수 있습니다.
수처리와 관련하여 퇴적물은 기본적으로 반자성 물질이라는 사실에 근거합니다. 강한 자기장은 탄산 칼슘 침전물, 석고, 소금 및 물에 경도를 유발하고 파이프와 용기에 축적되는 기타 물질을 제거하는 데 사용할 수 있습니다.
환경을 보전하고 파이프를 장기간 저비용으로 양호한 상태로 유지할 수있는 많은 장점이있는 시스템입니다.
참고 문헌
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