금속의 투자율(Permeability)과 자화율(Magnetic susceptibility)

투자율은 적용된 자기장에 반응하여 물질에 생성된 자화되는 능력이다. 투자율의 단위는 H/m 또는 N/A² 이다.

저투자율 재료는 공기, 목재, 플라스틱, 황동 등 자석에 잘 끌리지 않는 소재이며, 외부 자기장에 의해 유도되는 자성이 없다. 

반면, 철재료, 니켈, 코발트 합금 등 고투자율 소재는 외부 자기장에 노출되면 자기장이 유도될 수 있다.

 

자유 공간의 투자율 µ0 (투자율 상수 또는 자기 상수)은 다음과 같다.

 

µ0 = 4π * 10^-7 (H/m)

 

상대 투자율(relative permeability)은 자유 공간의 투자율 μ0 에 대한 특정 매질의 투자율 μ 의 비율이다. 상자성 물질은 상대 투자율이 1보다 약간 크거나 같으며, 상대 투자율이 1이면 물질의 자기 응답은 자유 공간 또는 완전 진공과 동일하다.

 

(식 1) µr = µ / µ0

 

여기서,

µr = 상대 투자율

µ = 매질 투자율 (H/m),  µ = B / H

이다.

 

표 1. 각종 재료의 투자율과 상대 투자율

 

자화율(Magnetic susceptibility)은 적용된 자기장에 반응하여 물질이 자화되는 정도를 나타내는 무차원 비례 상수이다. 이는 외부에서 인가된 자기장과 전자 및 핵의 상호 작용으로 인해 발생한다.

재료의 자화율은 χm으로 표시하며, 적용된 자기장 강도 H에 대한 재료 내의 자화 M(Magnetization M : 재료에 의해 생성된 자기장)의 비율이다.

반면, 투자율은 자기 유도와 재료의 자기 강도의 상관 관계이며, 스칼라량이다.

 

(식 2) χm = M / H

(식 3) χm = ​μ​/μ0 − 1 = μr​ − 1

 

식 1,2,3으로부터, B = μ0 (H+M) 으로 변환할 수 있다. 

 

자기장의 세기 H의 단위는 A/m 이며, 테슬라(T)는 자속밀도 B의 단위이다.