物理理科電磁気学・光学・天文学

3分で簡単磁石の仕組み!原理や実用例を交えて理系大学院卒ライターがわかりやすく解説

今回は「磁石の仕組み」について勉強していこう。磁石には鉄が引き寄せられるな。なぜくっつくのでしょうかと疑問に思ったことはないか。その疑問を解決することが重要です。今回は、磁石の仕組みを原理から実用例までふくめて理系大学院卒ライターこーじと一緒に解説していきます。

ライター/こーじ

元理系大学院卒。小さい頃から機械いじりが好きで、機械系を仕事にしたいと大学で工学部を専攻した。卒業後はメーカーで研究開発職に従事。物理が苦手な人に、答案の答えではわからないおもしろさを伝える。

磁石の仕組みは

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磁石は、2つの極(磁極)を有し、磁界を発生させる物質です。磁極により、互いに同じ極は引き付けあり、異なる極は反発する磁力が生まれます。

では、磁力はどのようにして生まれるのでしょうか。一言でいうと、原子核の周りを電子がまわっているからです。電子は原子核の周りをまわっており電子が動くと電流が発生し、電流が発生すると磁界が生じます。磁界が生じると磁極が生じ、結果として磁力が生まれるのです。

概念的に話では分かりにくいので電磁石を考えてみましょう。原子核が棒磁石でコイルが電子です。コイルに電気を流すと棒磁石は磁力を帯び、電磁石になり磁力が発生します。原子核でもこれと同じことが発生しているのです。

磁石は、原子スケールで見れば原子の塊となります。これにより磁石としての機能を果たしているのです。

そう考えるとすべての物質が磁力を持つのではないでしょうか。これは、原子が発生させる磁界の向きをそれぞれの原子で打ち消しあっているため、磁力を持たないのです。

磁石の性質

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磁石には、磁極と呼ばれるN極とS極があります。互いに異なる極を引き付け、同じ極を反発させる力は磁力といい、鉄などを引き付けるのはこの磁力による力です。磁界は、N極からS極に向かって伸びており、磁石の周りに砂鉄等をまくと磁力線に沿った模様を描きます。

磁石の鉄を引き寄せたり、磁界の影響を受け磁力線に沿って磁石が動く性質は磁性です。磁石は磁界の影響を受けると、N極を磁力線の方向に、S極を反対の方向に動かす力を受けます。

鉄が磁石に近づけると磁石にくっつく理由は、磁界の影響を受けたためです。磁石にクリップを近づけると、何個も連なります。これは、クリップひとつひとつが磁石となり互いの磁極に合わせて引き付けあっているためです。

このように、一時的に磁石と同じ性質になることを磁化といい、磁化されるもののことを磁性体といいます。

キュリー点とは

磁石はある温度以上になると磁石にくっつかなくなります。磁性が失われることは消磁、磁化の減衰は減磁です。完全に消磁する温度のことをキュリー温度といい、材料によって異なります。ただし、一度消磁してしまうと常温に戻して磁力は生じません。

磁石の作り方

磁石の作り方

image by Study-Z編集部

では、磁石はどのように作るのでしょうか。磁石の作り方について説明します。磁石は所望の形状に整えただけでは、磁化の方向は等方性ではありません。あるブロックごと(磁区)によって、磁化方向が異なり、この方向をそろえることが重要になります。その方法の一つが外部から強い磁界を与えることです。このことを着磁とよびます。例えば、厚さ方向や半径方向に強い磁界を発生させるとその方向に対して、N極、S極を方向付けできるのです。

\次のページで「磁石の種類」を解説!/

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