개념 한 쪽
자화율은 물질이 자기장에 얼마나 끌려 자기화되는지를 나타내는 수치다. 물질의 투자율에서 진공 투자율을 뺀 값이며, 자성체를 분류하는 기준이 된다.
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출제기준 단원 「자화율 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 자속밀도와 자화율 계산 | 1 | 비투자율과 자계 세기로 자속밀도·자화율을 구하기 |
| 상자성체 자화율 판단 | 1 | 상자성체의 자화율 부호를 가리기 |
| 상자성체 자화율 정의 | 1 | 자화율이 양수일 때의 물질 거동을 설명하기 |
물질 속의 자속밀도는 진공의 투자율에 상대투자율을 곱한 값에 자계의 세기 H를 곱해 구한다. 즉 총 투자율은 진공 투자율과 상대투자율의 곱으로 나타난다.
자화율은 총 투자율에서 진공 투자율을 뺀 값이다. 자화율의 부호는 물질이 자기장에 어떻게 반응하는지를 알려준다. 자화율이 양수이면 물질이 외부 자기장과 같은 방향으로 약하게 자석처럼 행동한다. 반대로 음수이면 자기장 반대 방향으로 약하게 밀려나는 성질을 보인다.
상자성체는 자기장과 같은 방향으로 약간 끌려서 자화율이 0보다 크다. 이는 물질이 자기장에 끌려 자기화되는 정도가 약하다는 뜻이다.
자성체를 구분할 때는 자화율과 비투자율을 함께 본다. 비투자율이 1보다 크면 자기적으로 끌리는 쪽이고, 1보다 작으면 밀리는 쪽이다. 자화율의 부호와 비투자율의 크기 비교는 서로 같은 분류 기준의 다른 표현이다.
상대투자율이 500인 토러스 모양 철심에서 자계 세기가 200A/m로 걸렸을 때 자속밀도를 구한다.
자속밀도 B = 진공 투자율 × 비투자율 × H 이다. 비투자율 500에 자계 200A/m을 곱하면 B = 진공 투자율 × 500 × 200 = 진공 투자율 × 100000 이므로, 진공 투자율(4π×10⁻⁷ H/m)을 곱하면 약 0.126T가 된다.
자화율은 총 투자율에서 진공 투자율을 뺀 값으로 계산한다. 총 투자율은 진공 투자율에 비투자율 500을 곱한 값이므로, 자화율은 진공 투자율 × (500 − 1) ≈ 4π×10⁻⁷ × 499 ≈ 6.27×10⁻⁴H/m 가 된다.
비투자율이 500인 철심을 이용한 환상 솔레노이드에서 철심속의 자계의 세기가 200A/m일 때 철심속의 자속밀도 B[T]와 자화율 X[H/m]는 약 얼마인가?
정답 ③ · 문제는 상대투자율이 500인 철심에서 주어진 자계세기 H로부터 자속밀도 B와 자화율(여기서는 μ-μ0 형태의 값)을 구하라고 요구한다. 상대투자율 μr=500이므로 총 투자율 μ=μ0 μr이다.
자화율(magnetic susceptibility) χ는 상자성체에서 일반적으로 어떤 값을 갖는가?
정답 ② · 자화율 χ는 물질이 외부 자기장에 얼마나 자화되는지를 나타내는 값으로, 상자성체(파라자성, paramagnetic)는 외부 자기장과 같은 방향으로 약하게 자화되어 χ가 양수이다. 완벽한 비자성체(진공이나 이상적 비자성체)는 χ≈0이고, 반자성체(디아자성)는 χ가 음수이다.
자화율(magnetic susceptibility) X는 상자성체에서 일반적으로 어떤 값을 갖는가?
정답 ② · 자화율 X는 물질이 외부 자기장에 대해 얼마나 쉽게 자화되는지를 나타내는 값이다. 상자성체는 외부자기장에 따라 약하게 같은 방향으로 자화되어 자화율이 양수(>0)를 갖는다.
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