자화율

Magnetic susceptibility

전자기학에서 자화율(라틴어: sensibilis, "receptive"; ))은 적용된 자기장에서 물질이 얼마나 자화되는지를 나타내는 척도이다.적용된 자화장 강도 H에 대한 자화 M(단위 부피당 자기 모멘트)의 비율이다.이를 통해 인가된 자기장에 대한 대부분의 물질의 반응을 두 가지 범주로 간단히 분류할 수 있습니다. 즉, 자기장과의 정렬인 θ > 0과 반자성이라고 하는 자기장과의 정렬인 θ < 0과 반자성입니다.

자화율은 물질이 자기장 안으로 빨려 들어가는지 또는 자기장 밖으로 밀려나는지 여부를 나타냅니다.상사성 재료는 인가된 자기장과 일치하며 더 큰 자기장의 영역으로 끌어당긴다.반자성 재료는 반정렬이며 낮은 자기장의 영역으로 밀려납니다.인가장 위에 재료의 자화에 의해 자기장이 추가되어 자기장선이 상사성에 집중되거나 반자성에서 [1]제외된다.자기 감수성의 정량적 측정은 재료의 구조에 대한 통찰력을 제공하여 결합 및 에너지 수준에 대한 통찰력을 제공합니다.게다가, 그것은 고지자기학 및 구조지질학에서 널리 [2]사용된다.

물질의 자화성은 물질이 만들어지는 입자의 원자 수준 자기 특성에서 비롯됩니다.보통, 이것은 전자의 자기 모멘트에 의해 지배됩니다.전자는 모든 물질에 존재하지만, 외부 자기장이 없다면, 전자의 자기 모멘트는 보통 짝을 이루거나 무작위적이기 때문에 전체 자력이 0이 됩니다(이 일반적인 경우는 강자성이 예외입니다).전자의 자기 모멘트가 정렬되거나 정렬되지 않는 근본적인 이유는 매우 복잡하며 고전 물리학으로 설명할 수 없습니다.그러나 유용한 단순화는 물질의 자기 감수성을 측정하고 맥스웰 방정식의 거시적 형태를 적용하는 것입니다.이것은 고전 물리학이 기초가 되는 양자역학적 세부사항을 피하면서 유용한 예측을 할 수 있게 해준다.

정의.

다음 항목도 참조하십시오.투과율(전자석) relative 상대투과율 및 자화율

볼륨 감수성

자화율은 적용된 자기장에 대한 물질의 자화 정도를 나타내는 차원 없는 비례 상수입니다.관련된 용어는 자화성, 즉 자기 모멘트와 자속 [3]밀도 사이의 비율입니다.재료와 부피의 총 자화를 나타내는 투과성 파라미터가 밀접하게 관련되어 있습니다.

부피 자기 감수성(종종v 전기 감수성과 구별하기 위해 단순히 δ, 때로는 δm – 자기)으로 표시되는 부피 자기 감수성은 국제 단위 시스템에 정의되며, 다른 시스템에서는 다음과 같은 [4][5]관계에 의해 추가 상수가 있을 수 있습니다.

여기서

따라서v θ는 무차원량이다.

SI 단위를 사용하여 자기 유도 B는 다음 관계에 의해 H와 관련됩니다.

여기서0 μ는 진공 투과율(물리 상수 표 참조)이며, (1v + δ)은 재료의 상대적 투과율이다.따라서 체적 자화율 δ와v 투과율 μ는 다음 공식에 의해 관련된다.

때때로[6] 자화 강도 I(자기 편광 J라고도 함)라고 불리는 보조량과 단위 테슬라는 다음과 같이 정의된다.

이를 통해 일반적으로 사용되는 M과 H가 아닌 I와 B의 양 측면에서 모든 자화 현상을 대신 설명할 수 있다.

몰 감수성 및 질량 감수성

감수성의 다른 두 가지 측정값, 즉 단위3 m/mol의 몰 자화율())과m 단위3 m/kg의 질량 자화율())이ρ 있다. 여기서 θ는 단위 kg/m의3 밀도이고 M은 단위 kg/mol의 몰 질량이다.

CGS 단위

위의 정의는 SI의 기초가 되는 국제 수량 체계(ISQ)에 따른 것입니다.단, 많은 자기 감수성 표는 CGS 시스템의 대응하는 양의 값을 나타낸다(구체적으로는 CGS-EMU, 전자파 유닛의 줄임말 또는 가우스-CGS. 이 맥락에서 둘 다 동일).각 시스템의 여유 공간 투과성을 특징짓는 수량은 서로 다른 정의 [7]방정식을 가집니다.

각 CGS의 감수성은 4'를 곱하여 동일한 [7]단위로 대응하는 ISQ량(종종 SI량이라고 불립니다)을 구합니다.

예를 들어, 20°C에서 물의 CGS 체적 자기 감수성은 7.19−7×10으로 SI 규약에 따르면 9.04×10이며−6, 두 양은 모두 무차원이다.대부분의 전자파 양, 즉 전자파 양이 속한 양계의 경우 장치의 비호환성으로 인해 모호해질 수 있지만, 이는 감수성 양에 대해서는 해당되지 않는다.

물리학에서 CGS 질량 감수성은 cm/g 단위3 또는 emu/goOe−1 단위로, CGS 몰 감수성은 cm/mol 단위3 또는 emu/moleOe−1 단위로 나타난다.

상사성과 반자성

θ가 양이면 재료는 상사성일 수 있다.이 때 유도자화에 의해 재료 중의 자기장이 강화된다.또는 θ가 음의 경우 반자성 물질이다.이 경우 유도 자화에 의해 재료 중의 자기장이 약해진다.일반적으로 비자성 재료는 외부 자기장이 없는 영구 자화를 가지지 않기 때문에 파라자성 또는 반자성이라고 한다.강자성, 강자성 또는 반강자성 재료는 외부 자기장이 없어도 영구 자화를 가지며 정의된 제로장 자화율을 가지고 있지 않습니다.

실험 측정

체적 자화율은 자기장 구배를 [8]가했을 때 물질에 느껴지는 힘의 변화에 의해 측정된다.초기 측정은 샘플이 전자석의 극 사이에 걸려 있는 Gouy 저울을 사용하여 이루어집니다.전자석이 켜질 때의 무게 변화는 감수성에 비례합니다.오늘날, 고급 측정 시스템은 초전도 자석을 사용합니다.대안으로 샘플 삽입 시 강한 소형 자석의 힘 변화를 측정하는 방법이 있습니다.오늘날 널리 사용되는 이 시스템은 에반스 [9]저울이라고 불립니다.액체 샘플의 경우, 민감도는 샘플의 NMR 주파수가 모양 또는 [10][11][12][13][14]방향에 의존하는 것으로 측정할 수 있습니다.

NMR 기술을 사용하는 또 다른 방법은 MR 스캐너 내부의 물에 침지된 샘플 주위의 자기장 왜곡을 측정합니다.이 방법은 [15]물과 유사한 감수성을 가진 반자성 물질에 대해 매우 정확합니다.

텐서 감수성

대부분의 결정의 자화율은 스칼라 양이 아닙니다.자기응답 M은 시료의 방향에 따라 달라지며 인가장 H 이외의 방향으로 발생할 수 있다.이러한 경우, 체적 민감도는 텐서로 정의된다.

여기서 i와 j는 각각 적용된 필드 및 자화의 방향(예: x 및 yCartesian 좌표의 방향)을 나타냅니다.따라서 텐서는 j번째 방향으로 적용된 외부 장으로부터 ith 방향으로 자화의 성분을 설명하는 2도(2차), 치수(3,3)이다.

차분 감수성

강자성 결정에서 M과 H의 관계는 직선적이지 않다.이를 수용하기 위해 차분 감수성의 보다 일반적인 정의를 사용한다.

여기서 θ는d
ij H의 성분에 대한 M의 성분의 편도함수로부터 도출된 텐서이다.인가장과 평행한 물질의 보자기율이 둘 중 작은 경우, 미분 감수성은 인가장과 자기 이방성 등의 자기 상호작용의 함수이다.재료가 포화 상태가 아닐 경우 효과는 비선형이며 재료의 도메인 벽 구성에 따라 달라집니다.

재료의 전자 특성을 측정할 수 있는 몇 가지 실험 기술이 있습니다..mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac .num,.mw-parser-의 함수로 차등 감수성이 금속에 강한 자기장에 있는 중요한 영향,는 진동입니다.출력 .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}1/H .sfrac.이러한 행동은 De Haas-Van Alphen 효과로 알려져 있으며, 물질의 페르미 표면과 감수성 기간을 관련짓는다.

반강자성 [16]재료는 자화와 자기장 사이의 아날로그 비선형 관계가 발생한다.

주파수 영역 내

AC 자기장(즉, 정현파적으로 변화하는 자기장)에 대한 응답으로 자기 감수성을 측정할 때, 이를 AC 감수성이라고 한다.AC 감수성(및 밀접하게 관련된 "AC 투과성")은 복소수량이며, 공진과 같은 다양한 현상은 정전장(DC) 감수성에서는 발생할 수 없는 AC 감수성에서 볼 수 있다.특히 AC장이 검출방향에 수직으로 인가되면(주파수에 관계없이 '횡자화성'이라고 함), 그 효과는 주어진 정적 인가된 재료의 강자성 주파수에서 피크를 갖는다.현재 이 효과는 문헌에서 마이크로파 투과성 또는 네트워크 강자성 공명이라고 불립니다.이러한 결과는 재료 및 와전류의 영역 벽 구성에 민감합니다.

강자성 공명의 관점에서 자화 방향에 따라 적용되는 AC장의 효과를 병렬 펌핑이라고 합니다.

예제의 표

일부 재료의 자화율
재료. Temp. 압력. 몰 감수성 질량 감수성 볼륨 감수성 몰 질량 밀도
(°C) (표준) χSI
m
(m3/m/m)		 χCGS
m
(cm3/cm)		 χSI
ρ
(m3/kg)		 χCGS
ρ
(cm3/g)		 χSI
v
(1)		 χCGS
v
(1)		 M
(g/g)		 ρ
(cm/g3)
헬륨[17] 20 1 - 2.38×10−11 - 1.89×10−6 - 5.93×10−9 - 4.72×10−7 - 9.85×10−10 - 7.84×10−11 4.0026 1.66×10−4
제논[17] 20 1 - 5.71×10−10 - 4.54×10−5 - 4.35×10−9 - 3.46×10−7 - 2.37×10−8 - 1.89×10−9 131.29 5.46×10−3
산소[17] 20 0.209 +4.3×10−8 +3.42×10−3 +1.34×10−6 +1.07×10−4 +3.73×10−7 +2.97×10−8 31.99 2.78×10−4
질소[17] 20 0.781 - 1.56×10−10 - 1.24×10−5 - 5.56×10−9 - 4.43×10−7 - 5.06×10−9 - 4.03×10−10 28.01 9.10×10−4
공기(NTP)[18] 20 1 +3.6×10−7 +2.9×10−8 28.97 1.29×10−3
물.[19] 20 1 - 1.631×10−10 - 1.298×10−5 −9.051×10−9 -7.120×10−7 - 9.035×10−6 -7.120×10−7 18.015 0.9982
파라핀 오일, 220~260 cSt[15] 22 1 - 1.01×10−8 - 8.0×10−7 - 8.8×10−6 - 7.0×10−7 0.878
PMMA[15] 22 1 - 7.61×10−9 - 6.06×10−7 - 9.06×10−6 −7.21×10−7 1.190
PVC[15] 22 1 - 7.80×10−9 - 6.21×10−7 - 1.071×10−5 - 8.52×10−7 1.372
용융 실리카[15] 유리 22 1 - 5.12×10−9 - 4.07×10−7 −1.128×10−5 - 8.98×10−7 2.20
다이아몬드[20] R.T. 1 - 7.4×10−11 - 5.9×10−6 - 6.2×10−9 - 4.9×10−7 - 2.2×10−5 - 1.7×10−6 12.01 3.513
흑연[21] χ⊥ R.T. 1 - 7.5×10−11 - 6.0×10−6 - 6.3×10−9 - 5.0×10−7 - 1.4×10−5 - 1.1×10−6 12.01 2.267
흑연[21] χ∥ R.T. 1 - 3.2×10−9 - 2.6×10−4 - 2.7×10−7 - 2.2×10−5 - 6.1×10−4 - 4.9×10−5 12.01 2.267
흑연[21] χ∥ −173 1 - 4.4×10−9 - 3.5×10−4 - 3.6×10−7 - 2.9×10−5 - 8.3×10−4 - 6.6×10−5 12.01 2.267
알루미늄[22] 1 +2.2×10−10 +1.7×10−5 +7.9×10−9 +6.3×10−7 +2.2×10−5 +1.75×10−6 26.98 2.70
실버[23] 961 1 - 2.31×10−5 - 1.84×10−6 107.87
비스무트[24] 20 1 - 3.55×10−9 - 2.82×10−4 - 1.70×10−8 - 1.35×10−6 - 1.66×10−4 - 1.32×10−5 208.98 9.78
구리[18] 20 1 - 1.0785×10−9 - 9.63×10−6 - 7.66×10−7 63.546 8.92
니켈[18] 20 1 600 48 58.69 8.9
철[18] 20 1 200000 15900 55.847 7.874

공개된 데이터의 출처

CRC Handbook of Chemistry and Physics에는 몇 가지 출판된 자기 감수성 표가 있습니다.데이터는 CGS 수량으로 나열됩니다.여러 원소와 화합물의 몰 감수성은 CRC에 기재되어 있습니다.

지구과학에서의 응용

자성은 암석을 묘사하고 분석하는 데 유용한 매개 변수이다.또, 시료내의 자기 감수성의 이방성(AMS)에 의해, 고생전류의 방향, 고생전류의 성숙도, 마그마 주입의 흐름 방향, 텍토닉 스트레인등의 [2]파라메타가 결정된다.시료 [25]내 자분선의 평균 정렬 및 방향을 정량화하는 비파괴 공구입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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