私たちは皆、時々磁石をいじってきました。以下は、謎の磁石の秘密の内部の仕組みの背後にある基本を説明する試みです。
磁石は、磁場を生成する任意の材料または物体です。この磁場は、磁石の特性、つまり他の強磁性体を引っ張って他の磁石を引き付けたり反発したりする力の原因です。永久磁石は、磁化され、それ自体の永続的な磁場を作成する材料から作られたオブジェクトです。磁石に強く引き付けられる磁化可能な材料は、強磁性体と呼ばれます。一般に磁性であると考えられるほど強く磁石に引き付けられるのは強磁性体だけですが、他のすべての物質は磁場に弱く反応します。
磁石に関するいくつかの事実は次のとおりです。
- 磁石の北極は、北極圏の上のカナダにある地磁気の北極（南磁極）を指します。
- 北極は北極を撃退します
- 南極は南極を撃退します
- 北極は南極を引き付ける
- 南極は北極を引き付けます
- 引力または反発力は、距離の2乗に反比例して変化します
- 磁石の強度は、磁石の場所によって異なります
- 磁石は極で最も強い
- 磁石は鋼、鉄、ニッケル、コバルト、ガドリニウムを強く引き付けます
- 磁石は液体酸素やその他の物質をわずかに引き付けます
- 磁石は水、炭素、ホウ素をわずかにはじく
磁石がどのように機能するかのメカニズムは、実際には原子レベルにまで分解されています。ワイヤーに電流が流れると、ワイヤーの周囲に磁場が発生します。電流は単に移動する電子の束であり、移動する電子は磁場を作ります。これが電磁石の動作方法です。
原子の核の周りには電子があります。科学者たちは、自分たちには円軌道があると思っていましたが、物事ははるかに複雑であることを発見しました。実際、これらの軌道の1つにある電子のパターンは、シュレーディンガーの波動方程式を考慮しています。電子は、原子核を取り巻く特定の殻を占めています。これらのシェルには、K、L、M、N、O、P、Qという文字名が付けられています。また、1、2、3、4、5、6、7（量子力学を考える）などの番号の名前が付けられています。シェル内には、s、p、d、fなどの文字名を持つサブシェルまたは軌道が存在する場合があります。これらの軌道には球のように見えるものもあれば、砂時計のように見えるものもあれば、ビーズのように見えるものもあります。 Kシェルには、1s軌道と呼ばれるs軌道が含まれています。 Lシェルには、2sおよび2p軌道と呼ばれるsおよびp軌道が含まれています。 Mシェルには、3s、3p、3d軌道と呼ばれるs、p、d軌道が含まれています。 N、O、P、Qシェルにはそれぞれ、4s、4p、4d、4f、5s、5p、5d、5f、6s、6p、6d、6f、7s、7pと呼ばれるs、p、d、f軌道が含まれています。 7dおよび7f軌道。これらの軌道には、さまざまなサブ軌道もあります。それぞれが特定の数の電子のみを含むことができます。最大2つの電子が、1つが上向きのスピンを持ち、もう1つが下向きのスピンを持つ副軌道を占めることができます。同じサブ軌道（パウリの排他原理）でスピンアップする2つの電子は存在できません。また、準軌道に電子のペアがある場合、それらの結合された磁場は互いに打ち消し合います。混乱したとしても、あなたは一人ではありません。多くの人々はここで迷子になり、さらに研究するのではなく磁石について疑問に思います。
強磁性金属を見ると、周期表の隣にある元素となぜそれほど異なるのかがわかりません。強磁性元素は、その外側軌道に対になっていない電子があるため、大きな磁気モーメントを持っていると一般に認められています。電子のスピンも微小な磁場を作ると考えられています。これらのフィールドには合成効果があるため、これらのフィールドの束をまとめて取得すると、フィールドが大きくなって合計されます。
「磁石はどのように機能するのか」を理解するために、強磁性体の原子は、それらを周回する電子によって作成された独自の磁場を持つ傾向があります。小さな原子グループは、同じ方向を向く傾向があります。これらの各グループは、磁区と呼ばれます。各ドメインには独自の北極と南極があります。鉄片が磁化されていない場合、ドメインは同じ方向を向いていませんが、ランダムな方向を向いており、互いに打ち消し合って、鉄が北極または南極を持っているか、磁石になるのを防ぎます。電流（磁場）を導入すると、ドメインは外部磁場と整列し始めます。適用される電流が多いほど、整列されたドメインの数が多くなります。外部磁場が強くなるにつれて、より多くのドメインがそれに整列します。どんなに強い磁場が作られていても、鉄内のすべてのドメインが外部磁場と整列する点があります（飽和）。外部磁場が取り除かれた後、軟磁性材料はランダムに配向したドメインに戻ります。ただし、硬磁性材料は、ほとんどのドメインを整列させたままにし、強力な永久磁石を作成します。だから、あなたはそれを持っています。
スペースマガジンのマグネットについて多くの記事を書きました。これは棒磁石についての記事であり、これは超磁石についての記事です。
磁石について詳しく知りたい場合は、磁石を使ったクールな実験をチェックしてください。WiseGeekによる超磁石に関する記事へのリンクがあります。
また、すべての磁性についてのAstronomy Castのエピソード全体を録音しました。ここで聞いてください、エピソード42：どこでも磁性。
出典：
賢いオタク
ウィキペディア：磁石
ウィキペディア：強磁性
