金属が磁性を帯びている理由とその理由を学ぶ

一部の磁性金属は他とは異なります

CSAアーカイブ/ゲッティイメージズ

磁石は、特定の金属を引き付ける磁場を生成する材料です。すべての磁石には、N 極と S 極があります。対極は引き合い、同極は反発します。

ほとんどの磁石は金属や金属合金から作られていますが、科学者は磁性ポリマーなどの複合材料から磁石を作成する方法を考案しました。

金属の磁性は、特定の金属元素の原子内の電子の不均一な分布によって作成されます。この不均一な電子の分布によって引き起こされる不規則な回転と運動により、原子内の電荷が前後に移動し、磁気双極子が作成されます。

磁気双極子が整列すると、北極と南極を持つ局所的な磁気領域である磁区が形成されます。

磁化されていない材料では、磁区が異なる方向を向いており、互いに打ち消し合っています。一方、磁化された材料では、これらのドメインのほとんどが整列しており、同じ方向を指しているため、磁場が発生します。一緒に整列するドメインが多いほど、磁力が強くなります。

永久磁石（ハードマグネットとも呼ばれます）は、常に磁場を生成するものです。この磁場は強磁性によって引き起こされ、最も強い形の磁気です。一時磁石（ソフトマグネットとも呼ばれます）は、磁場が存在する場合にのみ磁気を帯びます。電磁石磁場を発生させるためにコイル線に電流を流す必要があります。

ギリシャ、インド、中国の著述家は、2000 年以上前に磁気に関する基本的な知識を文書化しました。この理解の大部分は、鉄に対するロードストーン (天然に存在する磁性鉄鉱物) の影響を観察することに基づいていました。

磁気に関する初期の研究は 16 世紀に行われましたが、現代の高強度磁石の開発は 20 世紀まで行われませんでした。

1940 年以前は、永久磁石はコンパスやマグネトーと呼ばれる発電機などの基本的な用途にのみ使用されていました。アルミニウム-ニッケル-コバルト (アルニコ) 磁石の開発により、永久磁石がモーター、発電機、スピーカーの電磁石に取って代わることが可能になりました。

1970 年代のサマリウムコバルト (SmCo) 磁石の作成により、以前に入手できた磁石の 2 倍の磁気エネルギー密度を持つ磁石が製造されました。

1980 年代初頭までに、希土類元素の磁気特性に関するさらなる研究により、ネオジム-鉄-ホウ素 (NdFeB) 磁石が発見され、SmCo 磁石よりも磁気エネルギーが 2 倍になりました。

希土類磁石は現在、腕時計や iPad からハイブリッド車のモーターや風力タービン発電機まで、あらゆるものに使用されています。

金属やその他の材料は、置かれている環境の温度に応じて、異なる磁気相を持っています。その結果、金属は複数の形態の磁性を示す場合があります。

たとえば、鉄はその磁性を失い、常磁性になります。 1418°F以上に加熱 (770℃)。金属が磁力を失う温度をキュリー温度といいます。

鉄、コバルト、ニッケルは、金属の形で室温を超えるキュリー温度を持つ唯一の元素です。そのため、すべての磁性材料にはこれらの元素のいずれかが含まれている必要があります。