자화밀도와 자성체

자화밀도와 자성체


🚧 이 포스트는 아직 이관 작업이 완료되지 않았습니다 🚧

겉으로 봤을 때 자성이 없는 물체가 있다고 하자.이 물체를 원자수준까지 자세히 들여다보자.핵 주위를 도는 전자에 의해 미세한 전류가 생성되고 이는 자기 현상을 만들어낸다.각각의 원자 마다 아주 작은 자기 쌍극자 가 생기는 것이다.하지만 원자들의 방향이 전부 제각각이기 때문에 이 쌍극자 모멘트들을 전부 더하면 $0$이다. $$ \mathbf{m}_{net}=0 $$ 그래서 거시적으로 보면 물체가 자성을 띄지 않는 것이다.그런데 이 때 외부에 자기장이 있다면 각각의 쌍극자들이 같은 방향으로 정렬된다.작은 쌍극자들이지만 전부 같은 방향을 향하게 되면 겉으로 드러나는 효과가 생긴다.즉 물체에 자성이 생긴다는 뜻이다.이렇게 외부 자기장에 의해 자기 쌍극자들이 정렬하여 물체가 자성을 띌 때 물체가 자화되었다$(\mathrm{magnetized})$ 고 한다.외부 자기장에 의해 물체가 어떻게 영향을 받는지에 따라 물체를 세가지로 분류할 수 있다.쌍극자가 외부 자기장과 같은 방향으로 정렬하면 상자성체$(\mathrm{paramagnet})$ ,쌍극자가 외부 자기장과 반대 방향으로 정렬하면 반자성체$(\mathrm{diamagnet})$ ,외부 자기장이 사라져도 물체가 계속해서 자성을 띄면 강자성체$(\mathrm{ferromagnet})$ 라 한다.그런데 이렇게 자화되는 정도를 얘기하기에 쌍극자는 적절하지 않다.너무 미시적이기 때문에 일일히 자기 쌍극자를 셀 수 없다.따라서 편극밀도 를 정의했던 것 처럼 자화밀도$(\mathrm{magnetization})$ 를 정의해서 쓴다.

$\mathbf{M}:=$단위 부피 당 자기 쌍극자 모멘트$=\dfrac{\mathrm{magnetic\ dipole\ moment}}{\mathrm{unit\ volume}}$

자화밀도 $\mathbf{M}$이 클수록 외부 자기장이 있을 때 물체가 강한 자성을 띈다.

댓글