예, 영구 자석은 열, 기계적 손상, 부식 및 부적절한 저장으로 인해 시간이 지남에 따라 무시할만한 양의 자성을 잃게됩니다.
위스키, 데님, 가죽 부츠와 재킷, 401 (k) S, 그리고 그 성가신 알레르기조차도 시간이 지남에 따라 더 나아지는 것으로 알려진 몇 가지가 있지만 자석에 대해서도 마찬가지는 아닙니다.
냉장고 자석은 몇 년 후에 떨어지는 것으로 알려져 있으며 장난감 자석도 마찬가지로 시간이 지남에 따라 강도를 잃습니다. 실제로, 소위 '영구 자석'은 영구적이지 않습니다.
자석의 자기 능력을 줄이거 나 제거하는 과정 인 demagnetization은 일반적으로 인위적으로 이루어 지지만 자연스럽게 발생할 수 있습니다.
극한의 온도 변동, 기계적 손상으로 인한 부피 손실, 부적절한 저장, 히스테리시스 손실 및 부식은 모두 장기적으로 자성을 잃게 자석을 자극 할 수 있습니다.
자석은 오랜 기간 동안 힘을 잃을 수 있습니다. (사진 크레디트 :Jan H Andersen/Shutterstock)
자기
자석이 자기의 자기를 잃는 방법에 대해 더 많이 배우기 전에 처음에 원인을 이해해 보겠습니다.
자기는 자연의 4 가지 기본력 중 하나이며, 하전 된 아 원자 입자, 특히 전자의 움직임으로 인한 결과. 이러한 음으로 하전 된 입자는 핵 주위를 지속적으로 궤도로 궤도로 돌리고 자체 축을 중심으로 회전합니다. 공식적으로 전자 스핀으로 알려진 두 움직임의 후자는 본질적인 특성이며 매력적이거나 반발력있는 힘의 생성에 주요한 방법으로 기여합니다.
간단히 말해서, 궤도 및 회전 운동은 전류 (전자의 흐름)를 생성하는 것으로 간주되므로 개별 전자가 작은 자석 (전자기)처럼 작용하게됩니다. 이들 각각은 자체 자기 쌍극자 (각각 궤도 자기 쌍극자 모멘트 및 스핀 자기 쌍극자 모멘트)를 생성하고 결합하여 순 원자 자기 쌍극자 모멘트를 생성합니다.
(핵, 양성자 및 중성자는 또한 축을 중심으로 회전하고 원자의 순 자기 모멘트에 추가하지만, 기여는 전자 효과보다 1000 배 더 작기 때문에 무시할 수 있습니다.)
축에 대한 전자의 회전은 자기의 주요 원인으로 알려져 있습니다.
Pauli의 배제 원칙
이제 각 전자가 작은 자석이고 모든 물질 조각이 수조를 포함한다면, 왜 우리 주변의 모든 것이 자기가 아닌가?
답 - 대부분의 전자가 서로의 자기를 취소하기 때문에.
Pauli의 배제 원리에 따르면, 동일한 궤도 쉘에 존재하는 전자는 반대쪽 스핀을 가지므로 서로의 자기 능력을 취소합니다. 철 및 코발트 (강자성 재료)와 같은 특정 요소에서 최종 원자가 쉘은 반으로 가득 차 있으며 짝을 이루지 않은 전자를 포함합니다.
반대 전자가 이들을 중화시키지 않기 때문에,이 짝을 이루지 않은 전자는 각각의 원자를 자기 전력으로 공동으로 수여합니다.
결정을 형성 할 때, 원자는 내부 에너지가 가장 적은 결과에 따라 자기 모멘트를 동일한 방향으로 정렬 할 수 있습니다. 개별 자기 모멘트가 서로 평행 한 영역 (정렬)은 자기 도메인으로 알려져 있습니다 .
적용된 외부 필드에 대한 이들 도메인 및 개별 원자의 반응은 다양한 자기 재료 (자기 재료의 유형)의 분류를위한 기초를 형성한다.
외부 자기장을 적용한 후 모든 자기 도메인이 동일한 방향으로 정렬 될 때 요소 또는 재료가 영구 자석처럼 작동하기 시작합니다.
강자성 물질의 자기 도메인은 외부 필드의 존재하에 스스로 정렬되어 영구 자석으로 작용합니다.
자기의 손실을 일으키는 원인은 무엇입니까?
자기 재료는 도메인이 정확하게 정렬되지 않는 한 진정으로 자기가 아닙니다. 단일 도메인의 방향의 변화는 순 자기 강도의 손실을 초래할 수 있습니다. 다양한 자연 요소가 이러한 도메인이 무작위 화되도록 프롬프트 할 수 있습니다. 가장 일반적이고 파괴적인 것은 과도한 열입니다.
열
모든 것이 표면에서 조용해 보이지만 미세한 수준에서는 원자가 지속적으로 진동합니다. 진동의 범위는 온도에 따라 달라집니다. 온도의 약간의 변동은 원자 진동의 강도에 영향을 미치며 결과적으로 전체 자기 강도에 영향을 미칩니다. 온도의 감소는 자석의 자기 전력을 확대하는 반면 증가는 악영향을 미칩니다.
고온에 노출되면, 자석 내부의 원자는 증가하는 속도와 더 열광적으로 진동으로 시작합니다. 이로 인해 일부 자기 도메인이 정렬되지 않아 순 자기가 감소합니다. 충분한 온도에서, 모든 자기 도메인은 오정렬로 밀고 자성의 완전한 손실이 뒤 따른다. 자석이 영구 자기 능력을 잃는 온도는 Curie Point 또는 Curie 온도로 알려져 있습니다.
온도 대 자기
자석은 퀴리 포인트 아래의 온도로 가열 된 다음 냉각되면 자기 특성을 회복합니다 (강도가 약간 감소 할 수 있지만). 그러나, 자석을 가열 한 후 자석을 냉각시키는 것은 자성을 회복시키는 데 도움이되지 않습니다. 이 경우, 도메인을 재정렬하고 재료를 다시 자화하려면 외부 자기장을 도입해야합니다.
열의 적용은 탈마성의 주요 방법 중 하나이지만, 이러한 높은 수준 (페라이트 자석 ~ 460 ° C, Alnico Magnets ~ 860 ° C, 사마륨 코발트 자석 ~ 750 ° C 및 네오디뮴 자석 ~ 310 ° C)에 노출되는 것은 공통적입니다. 자연적 자성 손실은 주로 다른 요인 중 하나로 인해 발생합니다.
부적절한 스토리지
시간이 지남에 따라 강도를 잃지 않도록하기 위해서는 사소한 것처럼 보이지만 적절한 자석 보관이 필수적이지만 (또한 신용 카드, 하드 드라이브, 모니터 등과 같은 자기 매체에 해를 끼치 지 마십시오)
.대부분의 자석은 산소와 물이 존재할 때 부식되는 것으로 잘 알려진 건강한 용량의 철분을 포함합니다. 가장 일반적으로 사용되고 가장 강한 영구 자석 인 Neodymium Magnets도 철분 함량이 높은 (60%이상)로 인해 부식에 가장 취약합니다. 부식은 재료 자성을 만드는 기본 화학 구조 (Fe → Fe2O3)를 변화시키기 때문에 전체 강도의 손실을 초래합니다. 제조업체는 반응 방지 코팅을 통합하기 시작했지만 자석을 저장할 때는 여전히주의를 기울여야합니다.
네오디뮴 자석은 대기에 노출되면 쉽게 부식됩니다. (사진 크레디트 :망고 처트니/위키 미디어 커먼즈)
다른 (더 강한) 자석 근처에 잘못 배치 된 자석도 자성의 일부 또는 전부를 잃을 수 있습니다. 더 강한 자석이 약한 자기 영역이 방향을 바꾸도록 강요하기 때문에 서로 다른 자석의 비슷한 극을 서로 닿을 수 있도록 허용되지 않아야합니다. 경우에 따라 극의 총 반전이 발생할 수 있습니다. 외부 (길 잃은) 자기장으로 인한 이러한 자기 손실은 히스테리시스 손실로 알려져 있습니다. 이 현상에 대해 자세히 알아보십시오. 여기에서 히스테리시스 곡선은 무엇입니까?
구조적 손상
마지막으로, 크기의 일반적인 감소 또는 구조적 손상으로 인해 자기 강도가 감소합니다. 분명히, 동일한 재료 조성물의 자석에 의해 생성 된 자기장은 자석의 크기에 따라 다릅니다. 자석이 클수록 생성 될 자기장이 더 큽니다. 치핑 형태의 구조적 손상은 자석의 크기와 결과적으로 자기 강도에서 벗어날 것입니다.
또한, 자석을 반복적으로 망치거나 단단한 표면에 떨어 뜨리는 것과 같은 날카로운 충격은 자기 도메인이 정렬에서 벗어나고 자기를 감소시킬 수 있습니다. 그러나 이것은 특정 영구 자석에만 해당됩니다. 네오디뮴, 사마륨 코발트 및 페라이트 자석은 상당히 부서지기 쉬우 며 단단한 표면에 떨어지거나 망치질 때 갈라집니다. 반면에 Alnico Magnets는 매우 강하고 기계적 스트레스로 부러 지거나 균열되지 않습니다.
최종 단어
자석의 수명을 연장하고 자기 강도의 손실을 방지하려면 자석을 건조하고 고립 된 장소에 보관하십시오. 여러 자석이 함께 저장되면 다른 사람의 북쪽 끝을 다른 사람의 남쪽 끝을 붙이십시오. 말굽 자석도 이렇게 저장 될 수 있습니다. 또한 자체적으로 자극을 피하고 완전히 손상을 피하기 위해 골키퍼 (전기자) (작은 철 또는 강철 조각)를 사용하는 것을 고려하십시오.
여러 힘이 자석의 힘을 빼앗기 위해 공모하는 반면, 장기간에 걸쳐 자기의 순 감소는 상당히 미미합니다. 예를 들어, 사마륨 코발트 자석은 자연적으로 절반을 잃는 데 약 700 년이 걸리며, 네오디뮴 자석은 매년마다 자기의 약 5% 만 잃습니다.
따라서 현재 서랍에 앉아있는 영구 자석이 평생 지속될 것이며 가족 가보로서 손자에게 전달 될 수도 있음을 확신 할 수 있습니다!
