자기쌍극자

환선에 전류가 흐를 때도 동등하게 나타난다.

원자핵 주위를 회전하는 전자, 자신의 축 주위를 회전하는 것처럼 스핀을 갖는 전자, 양전하를 띤 회전하는 원자핵은 모두 자기쌍극자이다. 원자 전체로는 이러한 효과가 서로 상쇄되어 자기쌍극자가 되지 않을 경우도 있다. 만일 이들이 완전히 상쇄되지 않으면 철원자와 같이 영구 자기쌍극자가 된다. 수만 개의 철원자가 자발적으로 정렬해 강자성 자기구역을 형성하면 이들도 자기 쌍극자가 되며 나침반이나 막대자석은 자기쌍극자의 한 예이다(→ 자기극). 자기쌍극자의 세기는 자기쌍극자 모멘트로 주어지는데, 이것은 어떤 자기장이 주어졌을 때 나란하게 정렬하는 능력을 나타낸다. 일정한 자기장이 주어졌을 때 쌍극자 모멘트의 크기는 쌍극자에 작용하는 토크의 최대크기(쌍극자가 자기장과 수직을 이루었을 때 생김)에 비례한다. 자기쌍극자 모멘트는 간단히 자기 모멘트라고 하기도 하며 이는 진공중에서 자기력에 의해 단위 크기의 쌍극자에 작용하는 토크의 최대크기로 정의할 수 있다.

자기쌍극자를 전류 환선(環線)으로 생각할 경우에 쌍극자의 크기는 전류의 세기와 환선의 면적을 곱한 양에 비례한다. 쌍극자 모멘트의 방향을 수학적으로는 벡터로 나타낼 수 있는데, 이 방향은 전류의 흐름에 의해 생기는 내부 면적에 수직한 방향으로서 전류방향을 따라 오른손을 감아쥐면 엄지손가락이 가리키는 방향이다. 전류 환선을 작은 자석으로 생각하면 쌍극자 모멘트 벡터의 방향은 S극에서 N극을 향하는 방향에 해당한다.

쌍극자가 자유로이 회전할 수 있게 되면 대부분의 쌍극자는 외부 자기장과 같은 방향을 가리키게 된다. 핵과 전자의 자기 모멘트는 양자화되어 있어서 자기쌍극자와 외부 자기장이 이루는 각이 불연속적인 값을 갖게 된다. 자기쌍극자 모멘트의 차원은 전류와 면적의 곱 또는 에너지를 자기선속으로 나눈 것에 해당한다. SI 단위계에서 자기쌍극자 모멘트의 단위로는 A·㎡이 사용된다. 전자의 자기쌍극자 모멘트의 단위로서 편리한 것으로 보어 마그네톤(Bohr magneton)이 있고(9.273×10^－24A·㎡에 해당), 핵·양성자·중성자의 자기쌍극자 모멘트의 단위로 핵 마그네톤(nuclear magneton)이 있다(5.051×10^－27A·㎡에 해당).