html>
영구 자석이라고도 하는 필드 자석은 수십 년 동안 현대 기술의 초석이 되어 왔습니다. 간단한 모터와 발전기부터 복잡한 의료용 이미징 시스템과 입자가속기에 이르기까지 다양한 장치에 필수적인 구성 요소입니다. 외부 전원 없이도 지속적인 자기장을 생성하는 능력과 같은 필드 자석의 고유한 특성 덕분에 엔지니어와 과학자에게 없어서는 안 될 필수 도구가 되었습니다.
필드 자석의 기초
필드 자석은 철, 니켈, 코발트 등의 강자성 물질로 만들어지며, 강한 자기장에 노출되면 자화할 수 있습니다. 일단 자화되면 이러한 물질은 외부 자기장이 제거되어도 자기 특성을 유지합니다. 이 현상을 자화라고 합니다.
필드 자석의 자기장의 세기는 자석의 부피와 자화의 제곱의 곱에 비례하는 자기 모멘트에 의해 결정됩니다. 자기장의 방향은 오른손 법칙을 사용하여 설명할 수 있는데, 오른손잡이의 엄지손가락이 자기장의 북극에서 남극 방향을 가리키는 방향이 자기장 선의 방향을 나타냅니다.
필드 자석의 응용
1. 전기 모터 및 발전기
전계 자석의 가장 보편적인 응용 분야 중 하나는 전기 모터와 발전기입니다. 예를 들어 DC 모터에서는 고정된 필드 자석의 자기장과 회전하는 전기자 권선의 자기장 간의 상호 작용으로 전기 에너지가 기계 에너지로 변환됩니다. DC 발전기에서는 이 원리가 역전되어 고정자석의 자기장 내에서 전기자 권선을 회전시키는 데 기계 에너지가 사용되어 기계 에너지가 전기 에너지로 변환됩니다.
2. 자기 저장 장치
필드 자석은 하드 디스크 드라이브(HDD)와 자기 테이프 드라이브와 같은 자기 저장 장치에서도 중요한 역할을 합니다. HDD에서는 회전하는 디스켓('플래터'라고 함)에 있는 작고 밀집된 필드 자석('헤드' 또는 '쓰기' 자석)이 생성하는 자기장을 조작하여 플래터 표면에 자기 패턴으로 이진 데이터를 저장하거나 검색할 수 있습니다.
3. 자기 공명 영상(MRI)
의료 영상 분야에서 필드 자석은 자기공명영상(MRI) 시스템의 필수 구성 요소입니다. MRI 기계는 강력한 초전도 자석을 사용하여 일반적으로 1~3테슬라(T) 범위의 강력하고 균일한 자기장을 생성합니다. 환자가 자기장 안에 놓이면 환자 몸의 양성자가 자기장과 정렬되어 순자기 모멘트가 발생합니다. MRI 시스템은 무선 주파수(RF) 펄스로 자기장을 조작하여 양성자가 RF 신호를 방출하게 하고 이를 감지 및 처리하여 신체 내부 구조의 상세한 이미지를 생성할 수 있습니다.
4. 입자 가속기
입자 물리학에서 필드 자석은 전자나 양성자 같은 하전 입자를 가속하고 조작하는 데 없어서는 안 될 도구입니다. CERN의 LHC(대형 강입자 충돌기)와 같은 입자 가속기는 초전도 자석을 사용하여 입자를 빛의 속도에 가까운 속도로 가속할 수 있는 강력한 자기장을 생성합니다. 이렇게 가속된 입자는 서로 또는 고정된 표적과 충돌하여 물질의 기본 속성과 아원자 세계를 지배하는 힘을 연구할 수 있습니다.