반자성체와 초전도체에 대해 알아보려고 합니다. 반자성체와 초전도체는 자기장과 관련된 물질로서, 공통점과 차이점이 있습니다. 이 글에서는 반자성체와 초전도체의 개념과 특징, 그리고 예시를 소개하고, 두 물질의 차이점을 비교해 보겠습니다.
반자성체란?
반자성체는 외부 자기장에 의해 자기장과 반대 방향으로 자화되는 물질을 말합니다. 반자성체는 자기장의 유도된 형태이며, 모든 물질은 전자를 가지고 있기 때문에 반자성을 띠는 것이 일반적인 현상입니다.
그러나 반자성은 매우 약한 효과이므로, 다른 자성(강자성, 상자성 등)에 의해 가려지는 경우가 많습니다. 반자성체는 투자율이 1보다 작거나 같고, 자화율은 0이하입니다.
투자율은 외부 자기장에 의해 유도된 자기장과 외부 자기장의 비율을 나타내고, 자화율은 외부 자기장에 의해 유도된 자화량과 외부 자기장의 비율을 나타냅니다.
반자성체에는 물, 수은, 에탄올, 비스무트, 구리, 금, 은 등이 있습니다. 강자성체와는 다르게 반자성체는 영구자석이 아니며, 자기장을 제거하면 자화가 사라집니다.
반자성체는 자기장의 극소에 끌리며, 전력 소비 없이 공중부양될 수 있습니다. 예를 들어, 열분해 흑연은 강한 반자성 물질로서 희토류 영구 자석의 자기장 안에 안정적으로 부유할 수 있습니다.
초전도체란?
초전도체는 외부 자기장을 완전히 밀어내는 특별한 종류의 반자성체로서, 특정 온도 이하에서 전기 저항이 없는 물질입니다. 초전도체는 투자율이 0이고, 자화율은 -1입니다. 초전도체는 영구자석이 될 수 있으며, 자기장을 제거해도 자화가 유지됩니다.
이를 메이스너 효과라고 부릅니다. 초전도체에는 납, 주석, 니오븀 등의 금속과 YBCO(Yttrium Barium Copper Oxide), BSCCO(Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide) 등의 복합물질이 있습니다. 초전도체는 전력 소비 없이 공중부양될 수 있으며, 나이멘헌 고자기장 자석 실험실에서 개구리를 공중부양시킨 유명한 실험에서 사용되었습니다.
반자성체와 초전도체의 차이점
반자성체와 초전도체는 다음과 같은 점에서 다릅니다.
- 반자성체는 외부 자기장에 의해 자기장과 반대 방향으로 자화되는 물질이고, 초전도체는 외부 자기장을 완전히 밀어내는 물질입니다. 반자성체는 투자율이 1보다 작거나 같고, 자화율은 0이하입니다. 초전도체는 투자율이 0이고, 자화율은 -1입니다.
- 반자성체는 영구자석이 아니며, 자기장을 제거하면 자화가 사라집니다. 초전도체는 영구자석이 될 수 있으며, 자기장을 제거해도 자화가 유지됩니다.
- 반자성체는 전기 저항이 있습니다. 초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 없습니다.
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