磁石の仕組みの科学

アンドリュー・ブルックス/ゲッティイメージズ

磁石によって生み出される力は目に見えず、不可解です。疑問に思ったことはありませんか 磁石のしくみ ?

重要ポイント: 磁石の仕組み

• 磁気とは、物質が磁場によって引き付けられたり反発されたりする物理現象です。
• 磁気の 2 つの源は、電流と素粒子 (主に電子) のスピン磁気モーメントです。
• 物質の電子磁気モーメントが整列すると、強力な磁場が生成されます。それらが無秩序である場合、材料は磁場によって強く引き寄せられたり反発されたりしません。

磁石とは？

磁石は、 磁場 .電荷が移動すると磁場が発生するため、 電子 小さな磁石です。この電流は磁気の源の 1 つです。ただし、ほとんどの材料の電子はランダムに配向されているため、正味の磁場はほとんどまたはまったくありません。簡単に言えば、磁石内の電子は同じ向きになる傾向があります。これは、多くのイオン、原子、および材料が冷却されると自然に発生しますが、室温ではそれほど一般的ではありません.一部の元素 (鉄、コバルト、ニッケルなど) は、室温で強磁性体です (磁場で磁化されるように誘導できます)。これらのために 要素 、価電子の磁気モーメントが整列しているときに電位が最も低くなります。その他多くの要素は 反磁性 .反磁性材料の不対原子は、磁石を弱く反発する磁場を生成します。磁石にまったく反応しない素材もあります。

磁気双極子と磁性

原子磁気 双極子 磁力の源です。原子レベルでは、磁気双極子は主に 2 種類の電子の動きの結果です。原子核の周りには電子の軌道運動があり、軌道双極子磁気モーメントを生成します。電子磁気モーメントの他の成分は、 スピン 双極子磁気モーメント。しかし、核の周りの電子の動きは実際には軌道ではなく、電子の実際の「回転」に関連するスピン双極子磁気モーメントでもありません。不対電子は、「奇数」電子が存在する場合、電子の磁気モーメントを完全に打ち消すことができないため、材料が磁性を帯びる能力に寄与する傾向があります。

原子核と磁性

原子核内の陽子と中性子も、軌道角運動量とスピン角運動量、および磁気モーメントを持っています。核磁気モーメントは電子磁気モーメントよりもはるかに弱いです。異なる粒子の角運動量は同等かもしれませんが、磁気モーメントは質量に反比例するからです (電子の質量は陽子や中性子の質量よりもはるかに小さい)。弱い核磁気モーメントは、磁気共鳴画像法 (MRI) に使用される核磁気共鳴 (NMR) の原因です。

ソース

• Cheng、David K.（1992）。 電磁界と波動電磁気学 . Addison-Wesley Publishing Company, Inc. ISBN 978-0-201-12819-2。
• Du Trémolet de Lacheisserie、エティエンヌ;ダミアン・ジヌー;ミシェル・シュレンカー（2005）。 磁気：基礎 .スプリンガー。 ISBN 978-0-387-22967-6。
• クロンミュラー、ヘルムート。 （2007）。 磁性と先端磁性材料ハンドブック .ジョン・ワイリー＆サンズ. ISBN 978-0-470-02217-7。