자성체의 종류(강·상·반자성)

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 7번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 3차 · 2014년 3차 · 2015년 1차 · 2016년 3차 · 2018년 1차 · 2020년 1차 · 2021년 1차

2 쉬운 설명

물질은 자기장에 놓였을 때의 반응에 따라 강자성체·상자성체·반자성체 세 가지로 나뉜다. 반자성체는 역자성체라고도 부른다. 나누는 기준은 비투자율로, 물질의 투자율이 진공의 투자율의 몇 배인지를 나타내는 단위 없는 수이며 $\mu_{s}=\frac{\mu}{\mu_{0}}$ 이다. 진공이면 1 이다. 비투자율은 문항에 따라 $\mu_{s}$ 또는 $\mu_{r}$ 로 적는데 같은 양이다.

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외부 자기장과 같은 방향으로 자화되는 물질은 비투자율이 1 보다 크고, 반대 방향으로 자화되는 물질은 1 보다 작다. 그래서 강자성체는 $\mu_{s}\gg1$ , 상자성체는 $\mu_{s}>1$ (1 보다 조금 크다), 역자성체는 $\mu_{s}<1$ (1 보다 조금 작다)이고 진공은 $\mu_{s}=1$ 이다. 상자성체와 강자성체는 자석 쪽으로 끌려 자속을 더 잘 통과시키고, 역자성체는 자석에서 약하게 밀려나 자속이 덜 통한다. 역자성체의 $\mu_{s}$ 는 0 보다 크고 1 보다 작으며, $\mu_{s}=0$ 은 자속이 전혀 통하지 못하는 경우여서 일반 역자성체의 값이 아니다.

자화율 $\chi$ 로 나누면 $\mu_{s}=1+\frac{\chi}{\mu_{0}}$ 에 따라 $\chi>0$ 이면 $\mu_{s}>1$ 로 자계 방향으로 자화되는 상자성체(강자성체 포함)이고, $\chi<0$ 이면 $\mu_{s}<1$ 로 자계와 반대 방향으로 자화되는 역자성체이다. 즉 $\chi$ 의 부호나 $\mu_{s}$ 가 1 보다 큰지 작은지를 보면 분류할 수 있다. $\chi>0$ 을 역자성체라 하거나 $\chi<0$ 을 상자성체라 하는 것은 거꾸로이고, $\mu_{s}>1$ 을 비자성체라 하는 설명도 맞지 않는다. 이 문단의 $\chi$ 는 $\mu_{s}=1+\frac{\chi}{\mu_{0}}$ 의 자화율이다.

강자성체는 자석에 강하게 달라붙고 자기장을 없애도 자기를 일부 유지하며 철·니켈·코발트가 대표적이다. 비투자율은 수백 이상으로 매우 크다. 상자성체는 자석에 아주 약하게 끌리고 알루미늄·백금 등이 속한다. 반자성체는 자기장을 아주 약하게 밀어내며 구리·금·은이 속하고 비투자율이 1 보다 아주 조금 작다. 그래서 금·은·구리·니켈 중 비투자율이 가장 큰 것은 니켈이고, 코발트·니켈·철·구리 중 강자성체가 아닌 것은 구리이다. 「아닌 것」을 묻는 문제는 강자성체를 먼저 지우고 남는 것을 고른다.

초전도체는 임계온도 이하에서 내부 자속을 완전히 밀어내는 완전 반자성체이다. 비자화율 $\chi_{m}$ 과 비투자율 $\mu_{r}$ 사이에 $\mu_{r}=1+\chi_{m}$ 이 성립하고, 초전도체는 $\chi_{m}=-1$ 이어서 $\mu_{r}=0$ 이며 자속밀도는 $B=\mu_{0}\mu_{r}H=0$ 이 된다. 따라서 초전도체의 조건은 $\chi_{m}=-1$ , $\mu_{r}=0$ , $B=0$ 이다. $\chi_{m}$ 이 $-1$ 이 아니면 $\mu_{r}=0$ 과 맞지 않고, $\mu_{r}=1$ 인 보기도 맞지 않는다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 역자성체

\mu_{s}&lt;1

· 상자성체

\mu_{s}&gt;1

(조금) · 강자성체

\mu_{s}\gg1

· 진공

\mu_{s}=1

암기팁 철·니켈·코발트 = 강자성체. 구리·금·은 = 반자성체. 초전도체 = 완전 반자성:

\chi_{m}=-1

\mu_{r}=1+\chi_{m}=0

B=0

함정 주의 역자성체의

\mu_{s}

는 1 보다 조금 작은 값이지 0 이 아니다.

\mu_{s}=0

은 자속이 전혀 들어오지 못하는 경우로 일반 역자성체의 값이 아니다.

역자성체(반자성체)의 비투자율은 $\mu_{s}<1$ (1 보다 조금 작다). $\mu_{s}=1$ 은 진공·공기 같은 자성이 없는 상태, $\mu_{s}>1$ 은 상자성체와 강자성체, $\mu_{s}=0$ 은 자속이 전혀 통하지 못하는 경우로 일반 역자성체의 값이 아니다.
비투자율 순서: 강자성체 $\mu_{s}\gg1$ (수백 이상) > 상자성체 $\mu_{s}>1$ (조금) > 진공 $\mu_{s}=1$ > 역자성체 $\mu_{s}<1$ .
자화율 $\chi>0$ 이면 상자성체( $\mu_{s}>1$ ), $\chi<0$ 이면 역자성체( $\mu_{s}<1$ ). 「 $\chi>0$ 이면 역자성체」·「 $\chi<0$ 이면 상자성체」·「 $\mu_{s}>1$ 이면 비자성체」는 틀리고 「 $\mu_{s}<1$ 이면 역자성체」는 옳다.

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강자성체는 철·니켈·코발트, 반자성체는 구리·금·은, 상자성체는 알루미늄·백금 등이다. 금·은·구리·니켈 중 비투자율이 가장 큰 것은 니켈(강자성체)이고, 강자성체가 아닌 것은 구리이다.
초전도체는 완전 반자성체로 $\chi_{m}=-1$ , $\mu_{r}=0$ , $B=0$ 이다. $\mu_{r}=1+\chi_{m}$ 이므로 $\chi_{m}$ 이 $-1$ 이 아니거나 $\mu_{r}=1$ 이면 초전도체의 조건이 아니다.