모든 종류의 재료와 물질은 이 글에 아래에 나열된 몇 가지 자기적 특성을 가지고 있습니다. 하지만 일반적으로 “자기 물질”이라는 단어는 강자성 물질(아래 설명 참고)에만 사용되며, 물질은 그들이 나타내는 자기적 특성에 따라 다음과 같은 범주로 분류될 수 있습니다. 가장 일반적인 두 가지 유형의 자기성은 반자성과 상자성으로, 이들은 실온에서 주기율표의 대부분의 원소를 차지합니다. 이러한 원소들은 일반적으로 비자성이라고 불리지만, 자성이라고 불리는 원소들은 실제로 강자성으로 분류됩니다. 실온의 순수 원소에서 관찰되는 유일한 다른 유형의 자기성은 반강자성입니다. 마지막으로, 자기 물질은 페리자성으로도 분류될 수 있습니다. 비록 이 특성은 순수 원소에서는 관찰되지 않지만, 페리자성이 이름의 유래가 된 페라이트라고 알려진 혼합 산화물과 같은 화합물에서만 발견됩니다. 자화율의 값은 각 재료 유형에 따라 특정 범위에 속합니다.

자석에 강하게 끌리지 않는 물질을 상자성 물질이라고 합니다. 예를 들어 알루미늄, 주석, 마그네슘 등이 있습니다. 이들의 상대 투자율은 작지만 양수입니다. 예를 들어, 알루미늄의 투자율은 1.00000065입니다. 이러한 물질은 초강력 자기장에 놓였을 때만 자화되며 자기장 방향으로 작용합니다.

상자성 물질은 아래에 보이는 것처럼 개별 원자 쌍극자가 무작위로 배열되어 있습니다:

따라서 결과적인 자기력은 0입니다. 강력한 외부 자기장이 가해지면 영구 자성 쌍극자는 스스로를 가해진 자기장과 평행하게 정렬하고 양의 자화를 일으킵니다. 쌍극자의 정렬이 가해진 자기장과 완전히 평행하지 않기 때문에 자화는 매우 작습니다.

아연, 수은, 납, 황, 구리, 은, 비스무트, 나무 등과 같이 자석에 의해 반발되는 물질을 반자성 물질이라고 합니다. 이들의 투자율은 1보다 약간 작습니다. 예를 들어 비스무트의 상대 투자율은 0.00083이고, 구리는 0.000005, 나무는 0.9999995입니다. 이들은 매우 강한 자기장에 놓였을 때 약간 자화되며 가해진 자기장의 반대 방향으로 작용합니다.

반자성 물질에서는 핵 주위의 전자 궤도 공전과 축 회전으로 인해 발생하는 두 개의 상대적으로 약한 자기장이 서로 반대 방향으로 작용하여 서로 상쇄됩니다. 영구 자성 쌍극자가 없으며, 반자성 물질은 전기 공학에서 거의 또는 전혀 응용되지 않습니다.

반자성 물질에서 원자는 가해지는 자기장이 없을 때 순 자기 모멘트를 가지지 않습니다. 가해지는 자기장(H)의 영향 하에 회전하는 전자는 세차 운동을 하고, 이러한 운동은 일종의 전류로서 가해지는 자기장의 반대 방향으로 자화(M)를 생성합니다. 모든 물질은 반자성 효과를 가지고 있지만, 종종 반자성 효과가 더 큰 상자성 또는 강자성 항에 의해 가려집니다. 자화율의 값은 온도와 무관합니다.

자기장 또는 자석에 강하게 끌리는 물질을 강자성 물질이라고 합니다. 예: 철, 강철, 니켈, 코발트 등. 이들 물질의 투자율은 매우 높습니다(수백 또는 수천에 이릅니다).

이러한 물질의 원자 내에서 전자 궤도 운동과 전자 스핀의 반대 자기 효과는 서로를 상쇄하지 않습니다. 각 원자로부터의 상대적으로 큰 기여가 내부 자기장 형성을 돕기 때문에, 물질이 자기장에 놓이면 그 값은 물질이 놓이기 전에 자유 공간에 존재했던 값보다 몇 배나 증가합니다.

전기 공학의 목적을 위해 물질을 단순히 강자성 물질과 비강자성 물질로 분류하는 것으로 충분할 것입니다. 후자는 상대 투자율이 실제로 1과 같은 물질을 포함하고, 전자는 상대 투자율이 1보다 훨씬 큰 물질을 포함합니다. 상자성 및 반자성 물질은 비강자성 물질에 속합니다.

3.1 연자성 물질

이들은 높은 상대 투자율, 낮은 보자력, 쉽게 자화 및 탈자화되며, 극도로 작은 이력 현상을 가집니다. 연자성 물질은 철과 니켈, 코발트, 텅스텐, 알루미늄과 같은 물질과의 다양한 합금입니다. 쉬운 자화 및 탈자화 덕분에 전자석, 전동기, 발전기, 변압기, 인덕터, 전화 수화기, 릴레이 등과 같이 변화하는 자기장과 관련된 응용 분야에 매우 적합합니다. 또한 자기 차폐에도 유용합니다. 신중한 제조와 가열 및 서서히 냉각하는 과정을 통해 높은 수준의 결정 순도를 달성함으로써 그 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 실온에서의 큰 자기 모멘트는 연자성 물질을 자기 회로에 매우 유용하게 만들지만, 강자성체는 매우 우수한 전도체이며 그 내부에서 생성되는 와전류로 인해 에너지 손실을 겪습니다. 자화가 부드럽게 진행되지 않고 미세한 점프를 통해 진행된다는 사실로 인해 추가적인 에너지 손실이 발생합니다. 이 손실을 자기 잔류 손실이라고 하며, 이는 순전히 변화하는 자속 밀도의 주파수에 따라 달라지며 그 크기에는 의존하지 않습니다.

3.2 경자성 물질

이들은 상대적으로 낮은 투자율과 매우 높은 보자력을 가집니다. 이들은 자화 및 탈자화하기 어렵습니다. 대표적인 경자성 물질에는 코발트 강철과 코발트, 알루미늄, 니켈의 다양한 강자성 합금이 포함됩니다. 이들은 자화의 높은 비율을 유지하며 상대적으로 높은 이력 손실을 가집니다. 스피커, 측정 기기 등과 같은 영구 자석으로 사용하기에 매우 적합합니다.

페라이트는 강자성 물질과 비강자성 물질 사이의 중간 위치를 차지하는 특수한 강자성 물질 그룹입니다. 높은 투자율을 가진 매우 미세한 강자성 물질 입자로 구성되며, 결합 수지로 함께 묶여 있습니다. 페라이트에서 생성되는 자화는 상업적 가치가 있을 만큼 충분히 크지만, 자기 포화도는 강자성 물질만큼 높지 않습니다. 강자성체와 마찬가지로 페라이트도 연자성 페라이트 또는 경자성 페라이트가 될 수 있습니다.

4.1 연자성 페라이트

세라믹 자석은 강자성 세라믹이라고도 하며, 산화철 Fe2O3와 니켈 산화물 NiO, 망간 산화물 MnO 또는 아연 산화물 ZnO와 같은 하나 이상의 이가성 산화물로 만들어집니다. 이 자석들은 사각형의 히스테리시스 루프와 높은 저항성을 가지며, 자기 소거가 우수하여 계산기기용 자석에 적합합니다. 페라이트의 큰 장점은 높은 저항성에 있으며, 상업용 자석은 저항성이 10^9 옴-cm에 달합니다. 교류에 의한 와전류는 최소화되며, 이러한 자기 재료의 적용 범위는 고주파수, 심지어 마이크로파까지 확장됩니다. 페라이트는 분말 산화물을 혼합하고 압축하여 고온에서 소결하는 방식으로 정밀하게 제작됩니다. 텔레비전의 고주파 변압기와 주파수 변조 수신기에는 거의 항상 페라이트 코어가 사용됩니다.

4.2 경질 페라이트

이들은 세라믹 영구 자성 재료입니다. 가장 중요한 경질 페라이트 계열은 MO·Fe2O3의 기본 조성으로, 여기서 M은 바륨(Ba) 이온 또는 스트론튬(Sr) 이온입니다. 이 재료들은 육각형 구조를 가지며 비용과 밀도가 낮습니다. 경질 페라이트는 발전기, 릴레이, 모터에 사용됩니다. 전자기기에서는 스피커, 전화 벨소리 및 수신기용 자석으로 사용됩니다. 또한 문닫개, 씰, 잠금장치 고정용 장치와 여러 가지 장난감 디자인에도 사용됩니다.

원본 출처: https://electronicspani.com/types-of-magnetic-materials/

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