자화

자화는 물질이 자석의 성질을 띠게 되는 현상을 말한다. 외부 자기장에 의해 물질 내부의 원자 또는 분자의 자기 모멘트가 정렬되어 전체적으로 자기장을 발생시키는 것을 의미한다. 자화의 정도는 자기장의 세기와 물질의 자기적 성질에 따라 달라진다.

자화되는 과정은 물질의 종류에 따라 다르다. 강자성체는 외부 자기장이 제거된 후에도 상당한 자화를 유지하는 반면, 상자성체는 외부 자기장이 제거되면 자화가 사라진다. 반자성체는 외부 자기장에 반대 방향으로 약하게 자화된다.

강자성체: 철, 니켈, 코발트와 같은 강자성체는 자기 도메인이라는 미세한 영역들이 존재하며, 각 도메인은 스스로 자석의 성질을 갖고 있다. 외부 자기장이 가해지면 이 도메인들이 외부 자기장의 방향으로 정렬되어 전체적으로 강한 자화를 나타낸다. 외부 자기장이 제거되어도 일부 도메인의 정렬이 유지되어 영구 자석이 된다.

상자성체: 알루미늄, 백금과 같은 상자성체는 외부 자기장이 가해지면 자기 모멘트가 외부 자기장 방향으로 정렬되어 약하게 자화된다. 그러나 외부 자기장이 제거되면 열적 요동에 의해 자기 모멘트의 정렬이 깨지고 자화가 사라진다.

반자성체: 대부분의 물질은 반자성체에 속하며, 외부 자기장이 가해지면 자기 모멘트가 외부 자기장과 반대 방향으로 약하게 정렬되어 약한 반대 방향의 자화를 나타낸다. 이 효과는 매우 미약하다.

자화의 정도는 자화 강도 (Magnetization) 라는 물리량으로 나타내며, 단위는 A/m (암페어/미터)를 사용한다. 자화 강도는 외부 자기장의 세기와 물질의 자기적 특성을 나타내는 자화율 (Magnetic susceptibility) 에 비례한다.

자화는 전자기학, 자성체 물리학, 재료 과학 등 다양한 분야에서 중요한 개념으로 사용된다. 영구 자석, 전기 모터, 변압기 등 많은 장치의 작동 원리가 자화 현상에 기반한다.