磁石。 あなたはそれらを冷蔵庫に置いて、子供の頃に遊んだり、コンパスの針が地球の磁北極を指しているときにコンパスを手に持ったりしました。 しかし、それらはどのように機能しますか？ この磁気の現象は何ですか？
磁性とは？
磁気は、基本的な電磁力の1つの側面です。 磁石や磁性体に関連する現象や力について説明します。
すべての磁場は、電荷の移動または電場の変化によって生成されます。 これが、電気と磁気の現象をまとめて電磁気学と呼ぶ理由です。 それらは本当に同じです！
すべての材料内で、原子は電子を含み、それらの電子は原子核の周りに雲を形成し、それらの全体的な動きが小型の磁気双極子を作成します。 ただし、ほとんどの材料では、これらのミニ磁石の方向がランダムに分布しているため、フィールドが相殺されます。 強磁性体は例外です。
鉄、マンガン、マグネタイト、コバルトなど、多くの材料が磁気現象を示します。 これらは永久磁石として存在する場合もあれば、常磁性である場合もあります（つまり、磁性材料に引き付けられますが、永久磁石自体は保持されません）。 電磁石は、鉄などの材料に巻かれたワイヤーに電流を流すことによって（または電荷が移動している状況によって）作成されます。
磁性材料は、それらの材料のどの部分が一緒にされるかに応じて、互いに引き付け合うか、または互いに反発することができます。
磁場
電気力や重力と同じように、互いに磁力を及ぼす物体は、それらの周りに磁場を生成します。 たとえば、棒磁石はその周囲の空間に磁場を生成し、その磁場に持ち込まれた他の磁石や強磁性体に結果として力を感じさせます。
磁場を視覚化する1つの方法は、鉄のやすりを使用することです。 鉄のやすりは、磁石の周りに振りかけると、外部の磁力線に整列する小さな鉄片であり、それらを視覚化することができます。
磁場強度に関連するSI単位はテスラです。
1 \ text {Tesla} = 1 \ text {T} = 1 \ frac {\ text {kg}} {\ text {As} ^ 2} = \ frac {\ text {Vs}} {\ text {m} ^ 2} = \ frac {\ text {N}} {\ text {Am}}
磁場の強さに関連するもう1つの一般的な単位は、ガウスです。
1ガウス= 1 G = 10-4 T
磁性の種類
磁性にはさまざまな種類があります。
常磁性磁石に弱く引き付けられる可能性があるが、それ自体は永久磁場を保持しない特定の材料について説明します。 外部磁場の存在下で、それらは整列する内部の誘導磁場を形成します。 これにより、磁場全体が一時的に増幅される可能性があります。 いくつかの宝石を含め、常磁性材料にはさまざまな種類があります。
反磁性はすべての材料が示す特性ですが、これは通常、非磁性と見なされる材料で最も明白です。 反磁性材料は、磁場によって非常に弱くはじかれます。 永久磁石や常磁性材料では、反磁性の影響はごくわずかです。
電磁気電流がワイヤーを通過するときに発生します。 鉄は外部磁場と整列する独自の磁場を生成するため、そのワイヤーを鉄棒に巻き付けて効果を増幅することができます。 この形の磁性は、電子の動きが磁場を作り出すという事実の直接的な結果です。 （繰り返しますが、電気と磁気は同じ基本的な物理的特性の両面です！）
強磁性強磁性体と呼ばれる特定の材料が永久磁石を形成する方法について説明します。これについては、次のセクションで詳しく説明します。
強磁性体
磁石に強く引き付けられる材料は強磁性と呼ばれます。 鉄はこのタイプの最も一般的な材料です。 （ラテン語の接頭辞なので驚くことではありませんフェロ-「鉄」を意味します。）
強磁性体には、いわゆる磁区があります。 つまり、磁石のような領域ですが、全体的な効果が相殺され、通常は磁石のように機能しないように、方向が異なります。 ただし、これらの材料が磁場に置かれると、ドメインの整列が発生する可能性があります。 それらはすべて同じ方向に整列しているため、（多くの場合一時的に）磁石のようになります 自分自身。
強磁性体には、ロードストーン、鉄、ニッケル、コバルト、およびネオジムを含むさまざまな希土類材料が含まれます。
棒磁石、双極子および磁気特性
棒磁石は、磁性材料の長方形または円筒形の棒です。 棒磁石の端は北極と南極です。 これらは2種類の磁極であり、正電荷と負電荷が電気力を介して相互作用するのと同様の方法で、磁力を介して相互作用します。
棒磁石は磁気双極子です。 それらは、電気双極子と同様に、距離だけ離れた反対の極を持っています。 ただし、主な違いの1つは、磁石の場合、電荷の場合のように単極子（孤立した極子）を使用できないことです。 磁石は常に双極子として存在し、それ自体がN極またはS極として存在することはありません。 （棒磁石を半分に切って極を分離しようとすると、2つの小さな双極子磁石になってしまいます！）
地球の磁場
ご存知かもしれませんが、地球には磁場があります。 これにより、人々はコンパスを使用して、極に対してどの方向を向いているかを判断できます。 磁気コンパスは、自由に動き、任意の外部磁場と整列できる小さな磁石で構成されています。 コンパスの針の赤い端は北を指しています。 地球の磁場は巨大な棒磁石のように機能します。 この架空の棒磁石は、磁石の北端が地球の南極にあり、磁石の南端が地球の北極にあるように配置されています。
地球の磁場も、ほとんどの場所で地球の表面と平行ではありません。 伏角を使用して、地球の磁場の赤緯を判断できます。 まず、針を水平に向け、地球の磁北に合わせます。 次にそれを垂直に回し、伏角を観察します。 極に近づくほど角度が大きくなります。
地球の磁場は、磁気圏と呼ばれる惑星を取り巻く空間の領域を作成します。 磁気圏は本質的に、地球の軸の近くに配置された非常に大きな棒磁石の磁場のように見えますが、磁気圏は荷電粒子と相互作用するときに変形する可能性があります。
磁気圏は、荷電粒子を含む太陽風から私たちを保護します。 これらの粒子と磁力線の間の相互作用は、オーロラを引き起こすものです。
例
磁性の現象は、あらゆる種類の日常のアプリケーションで使用されます。
電磁気学の現象は、私たちが発電機で機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することを可能にします。 発電機は、機械的手段を使用してタービンを回転させ（吹く風または流水）、ワイヤーコイルに対して磁場を変化させ、電流を流します。
電気モーターは本質的に発電機の反対であり、電磁気学を使用して変換します 電動ドリル、ミキサー、電気のいずれを実行する場合でも、電気エネルギーを機械エネルギーに変換します 車両。
産業用電磁石は、非常に強い磁場を持つ巨大な磁石であり、スクラップヤードで古い車両を拾うことができます。
MRI装置は、強力な磁場を利用して内部の画像を作成し、医師がさまざまな病状を診断できるようにします。