2장: 재료의 전기적 및 자기적 특성

II.1. 재료 물질의 기본 구조: 원자 궤도에서 움직이는 전하는 자기장을 생성합니다. 그리고 이 전자들은 자기장을 생성하는 핵 주위의 궤도를 따라 움직입니다. 전자의 회전은 전자가 자기 주위를 도는 것에 의해 생성되는 자기 모멘트입니다. 핵은 격자 구조에 있습니다. 격자의 형태는 전기-자기-운동 에너지(진동-회전)-물질의 인력과 같은 다양한 힘 사이의 균형에 따라 달라집니다. 그것은 우리가 합금을 만들 때 다른 격자에 대해 설명하고 다른 원자의 결정 구조에 영향을 미칩니다. 물질의 전기적, 자기적 특성에 관해서는 물질과 외부 자기장 사이의 상호 작용이 결정 구조의 전자기적 균형에 달려 있음이 분명합니다. 아래 표에는 일부 금속의 결정 구조가 나와 있습니다. 물질의 합금이 만들어지면 우리는 다른 격자 구조, 즉 새로운 전자기 평형을 갖게 됩니다. 또한 물질의 합금을 만들 때 전기장이나 자기장과의 상호 작용을 확신할 수 없습니다. II.2. 전기학의 이중성 생성된 전기장이 자기장에 영향을 미치고 그 반대도 마찬가지이기 때문에 우리는 전자기에 대해 이야기합니다. 예: 이동할 때 충전하면 궤도에 수직인 자기장이 생성됩니다. 변화하는 자기장이 도체에 접근하면 유도 전류는 자기장의 힘선에 수직으로 나타납니다. 전기와 자기장은 항상 서로 수직입니다. II.3. 재료의 전기적 특성 금속 재료는 양전하 또는 음전하 입자의 이동을 허용하는 능력으로 정의됩니다. 재료의 전기적 특성은 Siemens/meter(S/m)로 표현되는 전도도라고 하는 두 가지 값으로 정의됩니다. 전도도는 도체에서 자유 전자의 이동에 의해 달성됩니다. . 실제로 Mega-Siemens/meter(MS/m) 1 MS/m = 1,000,000 S/m • 로 표시되는 전도도를 저항률이라고 하며 옴-미터(. m)로 표시됩니다. 다음과 같은 관계가 있습니다.  = 1/ 재료의 전기 전도도는 특성과 온도에 따라 달라집니다. 또한 재료의 열 또는 기계적 처리에 따라 달라집니다 예: • 순동의 전도도:  = 58 MS/m • 알루미늄 합금의 전도도 15 MS/m    35 MS/m • 티타늄 합금의 전도도:   2 MS/m • 철의 전도도: 1 MS/m    9 MS/m 온도에 따른 전도도의 변화는 공식 공식으로 표현됩니다.  = o / (1 +  (T – To))  온도에서의 전도도 To  온도에서의 전도도 T  재료의 특성에 따라 달라지는 계수 예시 계수  알루미늄 합금의 온도가 0 C ~ 100 C 범위에 있을 때 약 0.003 ~ 0.004 재료는 순수 구리가 증인으로 사용되는 % IACS(International Annealed Copper Standard)로 표현될 수 있습니다. 재료의 전도도는 순수 구리의 전도도인 %로 표시됩니다. 해당 장치에서 순수 구리의 전도도:  = 58 MS/m = 100 % IACS. 1 % IACS = 0.58 MS/m 1 MS/m = 1.7241 % IACS 다음 표는 국제 시스템 단위와 % IACS 단위로 표현된 전도도 사이의 해당 값을 제공합니다. II.4. 재료의 자기 특성 재료의 자기 특성은 재료에 존재하는 H 자기장의 영향에 의해 결정됩니다. 이 효과를 정량화하기 위해 두 가지 기본 개념에 의존합니다. • 투과성 • 자성 4.1. 투자율의 크기 자기 투자율 은 자기장의 힘선을 '운반하고 전도'하는 물질의 능력을 특징짓는 양으로 이해됩니다. 자화 재료의 성장 능력과 관련이 있습니다. 투자율의 측정 단위는 Henry/meter(H/m)입니다. 4.2. 자기 인덕턴스 재료가 H 자기장에 노출되면 재료가 J 자화를 생성할 수 있음을 알 수 있습니다 J 자화와 H 자기장의 관계는 다음 공식으로 나타낼 수 있습니다: J =  . H 인덕턴스라고 하는 곳에서 치수가 없는(단위 없는) 양 H와 J는 암페어/미터(A/m) 단위로 측정됩니다. 이 관계는 재료가 자기장에 민감하다는 것을 보여줍니다. . 4.3. 유도 재료를 통과하는 자속(자속)을 나타내는 양을 자기 유도 B라고 합니다. 자기유도 B의 단위는 Tesla(T)입니다. 진공에서 자기 유도 B와 자기장 H는 다음과 같이 관련됩니다. B = 0. H 여기서 0은 진공 투자율, 0 = 4..10-7 H/m H 자기장이 재료를 통과할 때 자기 유도 B는 다음과 같이 계산됩니다. B = 0. (H+J) B = 0. (H+  .H) B = 0. (1+). H 설정 r = (1+) B = 0. r. H = . H 어느 . 재료의 투자율 r 상대 투자율(무차원) r =  /0 일반적으로 재료는 자기장에 반응하는 방식에 따라 3가지 범주로 분류됩니다. • 재료 상자성 • 상자성 재료 • 강자성 재료 참고 : 상자성체와 상자성체는 강자성체에 비해 자화율이 매우 약하므로 비자성체라고도 함 o 상자성체와 상자성체는 보자력이 매우 약함(  1) r = 1 o 강자성체는 보자력이 높다:  r 1 4.4. 항자성 재료 반자성 물질의 경우, 자기장이 없을 때 핵 주위의 전자 궤도는 임의적이며 전자의 운동에 의해 생성된 자기장 궤도의 합은 0(상쇄)입니다. - null). 우리는 물질이 2개의 취소(제로) 원자 자기 모멘트를 가지고 있다고 말합니다. 이러한 물질이 H 자기장에 노출될 때 전자 궤도는 H 자기장의 방향에 수직한 방향이 되는 경향이 있습니다. 이 경우 전자 이동에 의해 생성된 궤도 자기 모멘트의 합은 -파괴). 각 원자에 대해 자기 모멘트가 있다고 말합니다. 재료에 자화 J를 부여하는 원자의 자기 모멘트의 합. 원자의 자기 모멘트 합의 방향은 항상 자기장 H의 방향과 반대입니다. 반자성체는 약한 인덕턴스가 특징이며 음의 부호( 0)를 가집니다. 일부 반자성 물질의 예:  납  은  수은  구리 4.5. 상자성 재료 상자성 물질의 경우 원자 자기 모멘트는 0이 아니지만 H 자기장이 없으면 서로 다른 방향을 가지며 총 모멘트는 0입니다. 자기장 H의 영향 하에서 모멘트는 자기장 H를 따르는 경향이 있어 자화 J가 됩니다. 상자성 물질은 보자력이 약한 것이 특징이며 양의 부호( 0)를 가집니다. 일부 상자성 물질의 예  백금  알루미늄  크롬  망간 4.6. 강자성 재료 강자성 물질은 자구(자구)의 출현을 특징으로 합니다. 이 자구는 재료에서 매우 작은 면적(측면 크기는 약 10μm)을 가지며, 자기 모멘트는 재료가 배치될 때 동일한 자화 방향을 자체 생성합니다. a 자기장 H 자화되지 않은(자기) 강자성 재료의 경우 서로 다른 자기 영역의 자화 결과는 0입니다. 이러한 물질은 자기장에 노출되면 강한 자화를 발생시킬 수 있습니다. 이러한 자화의 발생은 자기장 H에 대한 자기 모멘트의 방향뿐만 아니라 자기 영역의 크기 변화와 관련이 있습니다. 이러한 재료의 경우 자화 J의 값은 자기장 H에 따라 선형적으로 변하지 않습니다. 얻어진 곡선을 1차 자화곡선이라 한다. 모든 자기 모멘트가 자기장 H의 방향에 있을 때 포화 자기화라고 합니다. 일부 강자성 물질의 예 • 니켈 • 코발트 • 철 • 강철 II.5. 잔여 및 히스테리시스 루프 잔류 자성은 자기장 H에 놓인 후 재료에 남아있는 자성 잔류물의 양을 말합니다. 상자성 및 상자성 재료는 잔류 자성이 없다는 사실이 특징입니다. 물질의 유도 자화는 H 자기장을 제거하면 곧 사라지는데, 강자성 물질의 경우에는 이러한 현상이 발생하지 않는다. 자기장이 +Hm 값에서 감소하면 Js가 0으로 포화됩니다. 포화 값에서 잔류 Jr(세그먼트 AJr) 값으로 곡선을 그립니다. Jr+를 잔류자기라 한다. Jr 잔류량을 제한하고자 하는 경우, 자기장은 처음 자화할 때 적용된 자기장과 반대 방향(H 0)으로 적용될 수 있다. 그런 다음 세그먼트 AB를 그립니다. 자기장 H가 값 Hc에 도달하면 잔류량이 제거됩니다(J = 0). 그 값을 강제 자기장이라고 합니다. -Hc 값에서 -Hm 값으로 계속 변경하면 다시 새로운 포화 값 –Js(BC 세그먼트)에 도달합니다. 이제 자기장을 -Hm에서 Hm 값으로 증가시키면 CDA 곡선을 그립니다. Hm 값과 –Hm 값 사이에서 자기장 H의 변화로 얻은 폐곡선 ABCD를 히스테리시스 루프라고 합니다. 히스테리시스 링의 모양은 강자성체의 특성과 구성 및 기계적 처리를 포함한 많은 요인에 따라 달라집니다. 재료의 열처리로 잔류 자화가 큰 강자성형과 잔류 자화가 작은 형이 있습니다.

중요 사항: 강자성 재료는 반자성 및 상자성 재료와 달리 투자율 이 자기장 H에 따라 변한다는 사실을 특징으로 합니다. 초기 자화의 경우 상대 투자율 r이 가장 높은 값으로 증가한 다음 H가 최대가 되면 1에 가깝게 감소하여 포화 상태에 도달합니다. II.6. 퀴리 온도 잔류 자성을 포함하는 모든 강자성 물질은 적절한 온도로 가열한 다음 자기장이 없는 상태에서 냉각하여 자기를 소거할 수 있습니다. 재료가 자성 상태에서 비자성(상자성) 상태로 특성이 변경되는 온도를 온도 또는 퀴리점이라고 합니다. 그 온도는 재료의 특성과 구성에 따라 다릅니다. 예를 들어, 1 % 실리콘을 포함하는 니켈 합금의 퀴리 온도는 3200C입니다. 5% 실리콘을 포함하는 니켈 합금은 퀴리 온도가 450C입니다. 강철의 퀴리 온도는 6500C에서 8700C까지 다양합니다. 이 현상은 되돌릴 수 있습니다. 재료의 온도가 퀴리 온도보다 높으면 상자성이 됩니다. 온도가 퀴리 온도보다 낮으면 재료는 다시 강자성이 되지만 잔류 자성을 모두 잃습니다.