01. 자성의 근원, 02. 스핀자기모멘트, 03. 착자,
04. 자석의 분류, 05. 자기이력곡선
| 01. 자성의 근원 |
| 이 세상에 존재하는 모든 물질은 아주 작게 쪼개어 나가면 더 이상 쪼갤 수 없는 원자들로 나누어 집니다. 원자의 구조는 [그림 1]과 같이 양자와 중성자로 이루어진 핵과 그 핵의 주위를 일정한 방향을 가지고 자전하며 궤도를 돌고 있는 전자들로 이루어져 있습니다. |
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| 전자의 수는 수소 1개, 헬륨 2개, 산소 8개, 철 26개 등과 같이 각각의 원자마다 다르며 이 전자 들이 자전과 공전을 하며 돌기 때문에 자성을 띠게 되는 것입니다. 이것을 전문용어로는 스핀 자기모멘트와 궤도자기모멘트라고 합니다. 전자 (전류 )가 자전운동과 원운동을 하면 그 운동면의 직각 방향으로 자력선이 나와 N극과 S극이 형성되기 때문이며, 이와 같이 여러종류의 물질이 나타내는 자성은 그 물질을 구성하는 원자의 자기모멘트에 기인합니다. 엄밀히 말하면 모든 물질은 원자핵 주위에서 전자들이 도는 반대방향으로 전류가 흐르는 것으로 생각할 수 있으며 이로 인하여 N극과 S극의 자성을 갖는 원자를 생각할 수 있습니다. 한 원자의 자성의 세기는 전자들이 제각각 도는 방향에 따라 자성이 상쇄되거나 증가되어 외부로 미치게 되는 힘에 의해 결정되며 이러한 이유로 인하여 강자성체가 되거나 약자성체 (상자성체 ) 또는 비자성체로 나누어 집니다. 우리가 흔히 볼 수 있듯이 자석 (자력선을 스스로 외부로 방출하는 물질 )에 의해 끌리는 성질을 지니고 있는 물체를 자성체라고 합니다. 이 자성체도 자석에 의해 얼마나 강하게 즉각 반응하는가에 따라 강자성체와 약자성체 및 반자성체로 나누어집니다. 강자성체는 자석의 극을 가까이 가져가거나 대는 순간 그 면에 자석과는 정반대의 극이 생겨 달라붙게 됩니다. 강자성체의 수만분의 1이나 수천만분의 1정도밖에 되지 않는 성질을 가진 물체를 약자성체 또는 상자성체라고 합니다. 약자성체는 그 끌리는 힘이 너무 약해 아주 정밀한 측정을 하지 않으면 거의 알 수 없습니다. 그런데 어떤 물체는 자석에 의해 끌리기는 커녕 반발을 하는 물체도 있습니다. 이러한 물체를 반자성체라고 부르는데 반발력이 매우 약해 약자성체의 수십분의 1밖에 되지 않아 일반인들이 가정에서 측정한다는 것은 불가능 합니다. 즉, 이 세상 모든 물질을 자성을 기준으로 구분해 본다면, 강자성체, 약자성체 반자성체로 구분할 수 있고 여기에 착자라는 과정을 거쳐서 영구자석이나 전자석으로 사용하며 이러한 자석의 재료로는 강자성체가 사용됩니다. |
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02. 스핀자기모멘트 (Spin Magnet Moment) |
| 강자성의 근원은 아인슈타인 박사 그룹에 의해 전자의 자전에 의한 스핀 자기모멘트라는 것이 실험에 의해 증명되었습니다. 전자는 궤도의 안쪽으로부터 바깥쪽으로 차례로 들어가 쌍을 이루는데 전자가 도는 방향에 따라 우선스핀(右線 Spin) 과 좌선스핀(左線 Spin) 이 생깁니다. 쌍을 이룬 전자들은 좌우가 상쇄되어 외부로 자력선을 방출시키지 못하지만 쌍을 이루지 못한 전자들은 외부로 자력선을 방출하게 됩니다. |
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| 이때 쌍을 이루지 못한 전자의 수가 많을수록 자성의 세기는 커지게 됩니다. [그림 2] 와 같이 철원자는 마지막 3d궤도에 6개의 전자가 좌향 5개와 우향 1개로 나뉘어 들어가 있기 때문에 5-1=4개의 전자가 회전방향이 같아져 (스핀이 평행 ) 그만큼 자성이 원자의 바깥쪽으로 세게 나타나게 되는 것입니다. 니켈이나 코발트 등의 원자도 이와 비슷한 상태로 되어 있으므로 강자성체가 되는 것입니다. 반대로 전자들이 각 궤도에서 안정적으로 쌍을 이루고 있는 원자로 이루어진 물체를 비자성체라고 합니다. |
| 03. 착자 |
| 착자하는 방법으로써 흔히 직류전류를 코일에 충분히 크게 흘려넣어 강한 자계를 만들고 그 자계내에 자성체를 넣어 착자시키는 방법을 많이 사용하고 있습니다. (암페어의 ) 오른 나사법칙을 이용하여 대부분의 경우에 철심에 여러 가닥의 코일을 감고 그 철심의 축 방향으로 마그네트를 두고 전류를 흘려줍니다. 한 가닥의 도선에도 전류를 흘리면 주위에 자기 장이 생기지만 원형도선 (코일 )에 철심을 넣는 이유는 그 자기장의 세기를 강하게 할 목적에 있습니다. 전류를 흘리면 철심과 마그네트는 자석이 되고 코일에 전류를 끊으면 철심은 자기력을 상실하여 전자석이 되고 마그네트는 자기력이 그대로 살아 영구자석이 됩니다. 이 때, 철심과 마그네트는 자화 되었다고 하며 전자석과 영구자석의 구분은 전류를 끊었을 때 자기력의 유지여부로 구분하고 그 원인은 그 재료의 자성특성에 따르게 됩니다. 이 착자현상을 원자적인 관점에서 본다면 착자전에는 강자성체의 수많은 각각의 원자는 하나의 자석으로 볼수있으며 이 원자자석들은 각각의 극성을 가지고 꼬리에 꼬리를 물고 있는 형태로 되어 자성체의 외부로는 그 자력선을 방출하지 못하고 있으나 외부에서 충분히 강한 자계를 걸어주게 되면 각각의 원자자석들의 자력선의 방향이 외부 자계의 방향과 평행하게 정렬됩니다. 이와 같이 자성체의 무질서한 자력선의 방향을 외부에서 강한 자계를 걸어 원자자석들의 자극을 일정한 방향으로 정렬시키는 것을 착자라고 합니다. 일단 착자되어 정렬된 원자자석들은 다시 외부에서 일정한 세기 이상의 반대방향의 자계를 가하거나 퀴리온도 이상으로 가열되지 않는 한 영구히 자력선을 방출하게 되는데 이것을 영구자석이라고 하며 전자석은 코일에 전류가 흐르는 동안만 자력선을 외부로 방출하지만 영구자석은 외부의 전류공급이 없더라도 원자 주위를 도는 전자들의 자전운동이 전류를 공급하는 것과 같이 작용하여 끊임없이 자력선이 외부로 방출되게 되는 것입니다. 다음에 자화용이 방향이 몇 개 있는 자성체에, 외부에서 자계를 가할 때의 변화는 아래의 그림을 참고 하시기 바랍니다. 모든 자화의 현상이 이와 같은 과정을 취한다고 할 수 없습니다만, 알기 쉬운 예로서 채택했습니다. (1) 시작상태 : 자구들이 다른 방향을 취하여 전체로서는 서로 상쇄되어 외부로 자성이 나 타나지 않는 상태 (2) 자화용이 방향과 다른 방향으로 외부자장이 조금 가해진 상태입니다. 자벽의 위치가 이동하고 있습니다. 가해진 자장 방향과 동일한 벡터 성분을 가진 자구의 면적이 증가하고 다른 자구는 감소하고 있습니다. (3) 더욱더 자장을 강화하면 이처럼 전부가 1개의 자구가 됩니다. (4) 그리고 결국에는 외부자장의 방향으로 자화되어 포화에 이릅니다. |
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| 04. 자석의 분류 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| -페라이트계 자석 {소결형과 본드형 (플라스틱자석과 고무자석)} -알리코계 자석 (주조형과 소결형 ) -희토류계 자석 (사마륨자석과 네오디뮴자석 ) 현재 주로 사용되는 자석을 그 재질로 분류해보면 페라이트(Ferrite)계 자석 / 알니코 계 자석 / 희토류계 자석으로 분류할 수 있습니다. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 1) 페라이트 (Ferrite)계 자석 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 페라이트자석은 그 재질에 따라 크게 나누어 스트론튬 (Strontium)자석과 바륨 (Barium)자석으로 나누어집니다. 그 조성은 SrOㆍ6Fe₂O₃ 또는 BaOㆍ 6Fe₂O₃로 이루어져 있으며 페라이트 파우더를 성형공정에서 일정한 모양으로 만든 후 1250℃정도의 높은 온도의 로(爐 )속에서 구워낸 소결형 자석이 대부분입니다. 페라이트계 자석들은 다른 계열의 자석과 비교하여 가격대비 효율성이 뛰어나기 때문에 그 사용범위도 넓고 생산성이 우수하여 상용화되기 쉽습니다. 자석업계에서 통용되는 자석의 호칭법을 알아보면 잔류자속밀도(Br)와 고유보자력(iHc)이 두가지 특성만으로 호칭되며 41-41재질, 42-40 재질, 40-34 재질 등으로 부를 수 있습니다. 참고로 우리 회사에서 사용되는 마그네트의 재질은 저전압대용량에 40-41재질이고 나머지는 모두 40-34(잔류자속밀도 :4000gauss, 고유보자력:3400oe) 재질의 스트론튬 페라이트계 마그네트입니다. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 2) 알니코(AlNiCo) 계 자석 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 이 재질의 자석은 알루미늄과 니켈 그리고 코발트를 주원료로 하며 대부분이 용광로에서 녹인 것을 원하는 형상으로 만들어 놓은 주조형 거푸집에 부어 식힌 다음 규격에 맞게 연마한 주조형 자석입니다. 이 자석의 특징은 온도에 따른 자속량의 변화가 극히 적고, 고특성의 자속밀도를 얻을 수 있으나 보자력이 작아 외부자계에 쉽게 감자될 수 있는 단점이 있어 고성능 소형 스피커나 계기등에 사용하며 외부자계의 영향이 큰 곳에서는 사용할 수 없습니다. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 3) 희토류계 자석 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 희토류라는 말은 원소주기율표상에서 란탄계열의 사마륨(Sm)이나 네오디뮴(Nd)등의 원소를 일컫는 말입니다. 따라서 희토류자석이라 하면 사마륨자석(SmCo)이나 네오디 뮴(Nd-Fe-B)을 말합니다. 사마륨자석의 특성은 잔류자속밀도와 보자력 등이 우수하고 온도특성도 좋으나 주원료인 코발트 (Cobalt)가 지구상의 매장량이 적고 각국이 전략물자로 통제하고 있는 실정으로 구하기가 어렵다는 단점이 있습니다. 네오디뮴자석의 특성은 잔류자속밀도와 보자력이 사마륨자석 보다도 우수하지만 온도 특성이 너무 나빠서 온도변화에 의한 자속밀도의 하락이 심하고 최고사용온도가 80~120℃를 벗어나지 못하며 산화력이 강해 공기 중에서 쉽게 산화하여 녹이 생긴다는 단점이 있어 코팅을 해서 사용해야 하는 단점이 있으며 페라이트자석에 비하여 가격이 너무 높다는 것입니다. 아래 [표 1]에 각각의 재질별 특성을 비교하시기 바랍니다 . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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[표 1] 자석종류에 따른 특성비교표 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| -이방성과 등방성 -습식자석과 건식자석 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 1) 이방성(異方性 )과 등방성(等方性 ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 자석소재를 이루고 있는 기본입자인 페라이트 결정의 모양을 확대해 보면 육각기둥의 형태를 하고 있습니다. 이 육각기둥 결정체는 기둥의 높이 방향으로 착자를 시켜야 착자가 쉽게 되며 이를 전문용어로는 자화용이 (容易)방향이라고 합니다. 보통상태에서의 모든 페라이트 입자는 특별한 조치를 취하지 않는 한 육각기둥이 어느 한 방향으로 정렬되어 있지 않고 무질서하게 배열되어 있습니다. 따라서 자화를 시키는데도 어느 방향으로나 손쉽게 착자를 시킬 수 있지만 그 대신 착자방향과 육각기둥의 높이방향이 평행하게 동일한 입자들만 그 방향으로 자력을 발산하게 되어 상대적으로 모든 입자들을 한 방향으로 정렬시킨 자석보다는 훨씬 자속밀도가 낮아져 약한 자석이 될 수밖에 없는 것입니다. 이제 기술의 발달로 무수히 많은 육각기둥의 페라이트 입자들을 자석의 제조과정에서 정렬시켜 일정한 방향으로만 평행하게 조직배열을 시킬 수 있게 되었습니다. ◎등방성자석 : 결정방향이 무질서하게 되어 자화용이방향이 없이 어느 방향에서나 자유롭게 착자시킬 수 있는 자석을 말합니다. 어느 방향에서나, 착자시킬 수 있고 동 일한 세기의 자력을 얻을 수 있어서 등방성 자석이라고 부르는 것입니다. ◎이방성자석 : 자석 제조과정에서 결정의 자화용이 축들을 일정한 방향으로 정렬시켜 놓아 자화용이 방향과 동일한 방향이 아니면 착자를 시키기 힘들고 자력의 세기도 한 방향으로만 강하게 나오는 자석을 말합니다. 이방성자석은 거의 모든 결정입자를 미리 한 방향으로만 정렬시켜 놓았기 때문에 그 방향이 아니고서는 착자시키기가 어려우나 일단 결정입자와 동일한 방향으로 착자를 시키면 각 결정입자에서 나오는 자력선이 한 방향으로 모아져 자력의 세기가 큰 자석을 얻을 수 있다는 것이 큰 장점입니다. 이 이방성자석은 자화용이방향이 아니면 착자시키기가 어렵기도 하지만 큰 전류에 의한 강한 외부자계를 걸어 자화시키기 힘든 방향으로 무리하게 착자시킨다고 하더라도 오히려 등방성보다 아주 미약한 자력 밖에는 얻을 수 없으므로 이방성자석의 착자시에는 꼭 방향을 맞춰 착자하도록 주의 를 기울여야 합니다. 또한 이방성자석의 경우에는 DC모터용 C형자석이나 원통형자석의 경우 입자정렬이 중심원점에서 방사상으로 되어 있는 방사상 이방성자석과 거의 단 방향으로 되어 있는 세미 이방성자석으로 나눌 수 있겠습니다. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 2) 습식자석과 건식자석 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 페라이트 자석은 제조 공정중 성형공정의 차이에 의해 그 특성이 큰 차이를 나타냅니다. 습식과 건식의 차이점은 성형공정에서 물을 사용하느냐 아니냐에 따라 나누어집 니다. 페라이트의 결정입자를 정렬시킬 때 물과 혼합된 페라이트 파우더를 비교적 넉넉한 시간에 성형하면서 정렬시킨 자석을 습식 자석(濕式 )이라 하며 마른 페라이트 가루를 물 대신 접착용 특수 파우더와 섞어 비교적 짧은 시간에 정렬시키면서 성형하면 건식 자석(乾式 )이라고 합니다. 제각기 다른 방향으로 무질서하게 섞여 있는 페라이트 입자들에게 강한 자계를 걸면 그 자계와 같은 방향으로 입자들이 방향을 바꿔서 정렬하기 시작하는데 자계가 세면 셀수록 잘 정렬되며 마른 상태보다는 물 속에서 그리고 짧은 시간보다는 긴 시간에 더욱 잘 정렬되기 때문에 이런 측면에서 습식자석의 특성이 좋은 것은 당연한 결과 입니다. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 3) 형상에 따른 분류 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| - C형자석(C Type) : 형상이 C자와 같다고 하여 C형자석이라고 하지만 대부분의 DC모터에 부품(segment)으로 사용되기에 시그먼트자석으로 불리웁니다. - 링형자석 (Ring Type) : 일명 도넛 타입이라고도 불리우며 스피커나 전자관 (Magnetron)등에 주로 쓰이며 캡스턴 (Capstan)모터 등에도 사용됩니다. 기타 C형자석과 링형자석외에도 그 모양에 따라 사각형자석, 원통형자석, 디스크형자 석, 원기둥형자석 등이 있습니다. |
| 05. 자기이력곡선 |
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| 자성체를 [그림 3] 과 같이 코일 안에 넣고 코일에 전류가 어느 정도 세기 이상으로 흐르면 무질서하게 흩어져 있던 자성체 내의 원자자석들의 N극과 S극이 일정한 방향으로 정렬되어 착자됩니다. 반대로 원자자석들의 극성을 무질서하게 흐트러뜨려 자성체의 외부로 자력선이 방출되지 못하게 되는 것을 탈자라고 합니다. 여기서 우리는 자성체를 착．탈자 시키는 과정을 되풀 이하며 곡선을 그려보면 자성재료의 특성을 알 수 있습니다. 이러한 곡선을 자기이력곡선(磁氣履歷曲線 ) 일명, Hysterisis curve라고도 하는데 자성재료마다 제각각 특유한 곡선으로 나타나기 때문에 이 곡선을 해석하면 잔류자속밀도(Br)나 보자력(bHc, iHc) 또는 최대에 너지적 (BH max)과 리코일투자율 등을 알 수 있어 이 곡선의 물리적 해석을 이해하는 것은 DC모터를 연구하고 개발하는데 매우 중요합니다. 코일에 흐르는 전류에서 방출되는 자력선에 의한 자계 H와 이 자계에 의하여 착자된 자석에서 나오는 자력선에 의한 자계와의 관계를 그래프로 그린 곡선을 말합니다. |
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| 여기서 B-H곡선과 4 πi곡선의 물리적인 설명해 보겠습니다. 만약 여러분이 이 두 곡선의 의미를 충분히 이해하지 못했다면 그 이상 자석의 특성을 이해하고 자석을 이용해 무엇인가를 설계하기가 쉽지 않으므로 이 두 곡선의 의미를 충분히 이해하는 것이 매우 중요합니다. [그림 3] 과 같이 코일 내부에 자성체 (자성체와 자석의 차이점은 자석은 자성체의 원자자석을 정렬시켜 외부로 자력선이 나오도록 착자가 완료된 소재를 말하는데 반해 자성체란 자석이 될 수 있는 모든 소재를 일컫는 말입니다. 따라서 흔히 자성체하면 착자되지 않은 소재 를 의미합니다.) 를 넣고 측정면에서 자력을 측정하면서 곡선을 그려봅니다. 먼저 절환 스위치를 위(上)로 한 후 가변저항을 무한대로 크게 하면 전류가 흐르지 않아 코일에서 나오는 자력선이 없으며 자성체도 착자되지 않은 상태이므로 측정면에서의 자력선도 없어 [그림 4] 에서 N극도 S극도 아닌 0점이 됩니다. |
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| 가변저항을 서서히 줄여나가면 코일의 전류는 上방향으로 흐르기 시작하는데 코일의 내부에서 左방향으로 N극의 자력선이 나오게 되며 코일 안의 자성체도 전류를 점점 세게 흘리는 것에 비례하여 더 많은 원자자석들이 정렬되면서 점점 착자가 강하게 진행되어 좌측은 N극, 우측은 S극으로 착자됩니다. 어느 정도 이상의 전류치가 되면 모든 원자자석들이 완벽하게 한 방향으로 정렬된 상태인 포화착자(Full magnetization) 상태가 되며, 이때까지의 곡선은 [그림 4] 와 같이 0점으로부터 점차로 변화되어 측정면에서 N극을 띠게 되며 1상한 면에서 포화점 1및1' 로 됩니다. 다시 전류를 더 세게 보내면 코일(Coil) 에서는 더 큰 자력선이 방출되어 점2로 되면서 자력의 세기가 (N극 ) 더욱 세게 측정되지만 자석 자체는 착자가 이미 포화된 상태 (포화 착자) 이므로 그 소재가 낼 수 있는 최대의 자력선을 외부로 방출하는 자력선은 더 이상 늘 수 없게 되어 전류가 커지더라도 자석만이 방출하는 자력선의 크기는 점1'= 점2' 로서 동일하게 됩니다. 이 과정을 [그림 4] 에서 보면 자석과 외부자계의 자력선이 함께 이루어져 나타나는 B-H곡선의 경우는 전류가 0에서 점점 커짐에 따라 [0 →1→ 2]와 같이 되어 이론상으로는 그 이상 무한히 커질 수 있습니다. 그러나 자석 자체의 곡선인 4pi곡선은 전류가 0에서 점점 커짐에 따라 [0 →1'→ 2']와 같이 되어 1'점을 넘어서면 코일에 아무리 큰 전류를 흘려 보내더라고 착자된 자석의 N극의 세기는 더 이상 커지지 않게 되는데 이 점1' 를 포화착자점이라고 부릅니다 . 여기서 거꾸로 가변저항을 무한대로 크게 하여 코일에 흐르는 전류를 0으로 없애면 B-H곡선은 코일에서 나오는 자력선 즉, 외부자계 H가 0이 되기 때문에 자석 (자성체 )에 남아 있는 잔류자속 만큼만 측정면에서 읽혀지게 되고 그 크기가 Br의 크기인 것입니다 .(2 →1 →Br) 여기서 Br을 잔류자속밀도라고 합니다. 물론 자석자체의 자력선 방출곡선인 4π i곡선도 비록 코일에서 전류는 흐르지 않지만 자연상태에서 감자나 탈자가 일어나지 않은 상태이므로 잔류자속 Br점으로 돌아오게 됩니 다 .(2'→ 1'→ br) 즉, 한번 포화 착자시킨 자석은 비록 그 자석을 착자시킨 코일의 자력선 (외부자계 H)이 전류가 0이 되어 없어졌다고 해도 자석 자체에는 원자자석들이 이미 정렬 되어 자력선이 외부로 방출되는 상태가 되었으므로 자력을 띠게 되는 것입니다. 이와 같이 자석을 포화 착자시켰다가 외부자계를 제거시킨 상태에서 자석 자체에 남아 있는 자속을 우리는 잔류지속밀도 (Br=B residual)라고 부릅니다 . 이제는 지금과는 정반대로 [그림 3]의 절환스위치를 下방향으로 놓고 가변저항을 다시 서서히 줄여가며 코일에 전류가 흐르기 시작함녀 코일은 우방향으로 N극, 좌방향으로는 S극이 되면서 서서히 많은 자력선을 방출하게 됩니다. 따라서 측정면에서의 자속량 변화는 자석의 N극의 세기와 코일의 S극의 세기가 반대 방향이므로 각각 상쇄되어 B-H곡선 (B자석에서 나오는 자력선의 세기에서 H코일에서 나오는 자력선 즉, 외부자계의 세기를 뺀 자력의 세기를 나타내는 곡선을 말하며 문자 그대로 B minus H 곡선이라고 부릅니다.)은 2상한에서와 같이 점점 N극의 세기가 줄어들게 되지만 자석자체의 자속량은 어느 정도의 외부자계에 대항하면서 N극의 세기를 유지하다가 전류치 즉, 외부자계의 세기가 bHc부근을 지나가면서 급격히 감자되기 시작하여 iHc점 즉 B-H곡 선과 B=H직선이 서로 만나는 점에 오면 완전히 탈자 (무수히 많은 원자자석의 정렬이 흐트러져 자성체 내부에서 원자자석들끼리 자력선을 주고 받는 상태가 되면 더 이상 자성체의 밖으로는 자력선들이 방출되지 않게 되는데 이러한 상태를 탈자된 상태라고 합니다.) 되어 버리는 것입니다. 여기서 bHc점의 물리적 의미는 자석의 N극 (←방향 )과 코일의 S극 (→방향 )이 측정면에서 서로 평형을 유지하는 점이며 이점에서는 자석이 상당히 감자되었지만 아직 완전히 탈자되지 않은 관계로 전류를 끊여도 bHc점에서 Recoil투자율과 평행하게 돌아가 잔류자속이 Br'로 줄어들게 됩니다. 또한 iHc(고유보자력 Intrinsic Coercive force 라고 합니다. 자석을 완전히 탈자시키는데 필요한 외부자계의 세기를 의미합니다.) 의 물리적 의미는 자석을 완전히 탈자시키는데 필요한 외부자계의 세기를 의미하며 따라서 정확하게 iHc점까지 코일에 전류를 흘려 외부 자계를 자석에 가했다가 전류를 끊어버리면 자석은 완전히 탈자됩니다. 코일에 흐르는 외부자계의 세기가 iHc보다 조금만 커지더라도 자석은 보유극성이 반대로 바뀌어져 착자되기 사작하여 지금까지의 N극은 S극으로 S극은 N극으로 극성자체가 완전히 바뀌어 버립니다. 코일에 전류를 더욱 세게 보내면 코일에 의한 외부자계는 전류가 커짐에 따라 점점 S극의 자속량이 커지지만 자석은 점 3'에서 S극으로 포화착자 되어 버리기 때문에 더 이상 자속량이 증가되지 않습니다. 곡선 B-H가 B=H직선과 만나는 점 3이 iHc가 되며 4π i곡선은 전류에 의한 반대방향의 외부자계가 작용해도 Br점에서 bHc점 부근까지는 잘 감자되지 않고 견디지만 bHc점보다 큰 코일의 외부자계에서는 급격히 감자되면서 점 3(iHc)에 이르러서는 N극도 S극도 아닌 상태로 완전히 탈자되어 버리는 것입니다. 계속 전류를 크게 하면 측정면에서 N극이 탈자 되어 자성을 잃어버렸던 것이 정반대의 S극으로 착자 되기 시작하여 코일의 외부자계는 점 4를 지나 점 5와 같이 무한히 커지지만 이때 자석자체의 자속량은 4 πi곡선과 같이 포화점 4' = 점 5'로서 S극의 세기가 더 이상 커지지 않게 됩니다. 다시 가변저항을 점점 크게 하여 전류를 차단하면 외부자계 H는 0이 되고 측정면에서는 자석 S극의 잔류자속량 만큼만 측정되어 이점이 -Br로 S극의 잔류자속밀도가 되는 것입니다. 2상한 -3상한과 4상한 -1상한이 서로 대칭이기 때문에 2．3상한 곡선만 있으면 자석의 특성을 해석할 수 있게 됩니다. |
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