【物理学】釘を磁石で擦ると磁石になる理由

釘を磁石でこすると磁化して、「釘が磁石になる理由」をわかりやすく教えていただけないでしょうか？

よろしくお願い申し上げます。

No.6 ベストアンサー 回答者： tknakamuri 回答日時： 2023/02/09 08:40

こういう解答は不正確だと言われそうですが・・・

強磁性体は小さな磁石の集合体のようなもの。
そして個々の極小磁石の磁性の回転を邪魔する摩擦のようなものが
存在します。

強磁性体に磁石を接触させると、磁区の磁性の向きが変わり、
磁石を離すと、熱で元のバラバラな向きに戻って行きますが
摩擦の存在で完全にバラバラには戻りません。
どの位「戻らない」かは磁性体の種類によって大きく異なります。

あんまり「戻らない」ものが永久磁石として販売されてます(^_^;)

この回答へのお礼

ご回答いただき、どうもありがとうございました。

お礼日時：2023/02/12 16:33

No.5 回答者： d9win 回答日時： 2023/02/08 10:10

周回する電子は電流に相応しますので、電磁石が働く原理で磁石として機能します。

しかしながら、永久磁石の原因は電子の周回に因る電流ではありません。物体内の電子の周回方向を一方向に揃えることも出来ない上に、何よりも周回方向が必ず順逆一対になっているからです。
ところが、電子は、周回運動をしなくとも、それ自体で磁石の特性(スピン)を有してます。このスピンも通常の物体では順逆対になっていて、全体として磁石の特性は現れません。しかしながら、鉄, コバルト, ニッケルでは、一つ々々の原子の中に比較的自由に向きを変え得る電子が存在しています。これらの電子はごく小さな磁石と見なすことが出来ます。これらの金属を強い磁力中に置くと、この小さな磁石(スピン)が外部磁力の方向に揃います。小さな磁石がまとまって大きな磁石になる訳です。多数の棒磁石を一度奇麗にくっつけたならバラバラにし難いのと同じように、多数のスピンも一度方向が揃うと、互いの磁力で互いに同じ方向を保とうとします。これが永久磁石です。(温度を上げて熱運動がスピンの間の協調力を上回るようになると、永久磁石は磁力を失います)
ただ、どうして(室温では)鉄, コバルト, ニッケルだけにスピン方向が自由な電子が存在し得るのかの簡潔な説明は出来ないようです。

ちなみに、ネオジウムとかサマリウムといった希土類金属の磁石は極めて強力ですが、それら単体では磁石になりません。鉄, コバルト, ニッケルなどと微妙な割合で組み合わせて、初めて強力な磁石になります。鉄, コバルト, ニッケルなどが磁石になっても、実は全ての電子のスピンが同じ方向に揃っておらず、特定の方向に揃った多くのグループが存在します。希土類金属を組み合わせると、より多くのスピンが揃うことで強力になっているように思えます。

さて、磁石で釘を擦ると磁石に接した箇所の電子スピンがある纏まりで磁石の方を向きます。このスピンの纏まりは、磁石が通り過ぎた後も幾らか保たれて、通り過ぎる磁石の方向にも引っ張られます。何回も同じ方向に擦るうちに、段々とスピンがまとまる領域が拡がって、釘の長手方向にスピンが揃う傾向が現れるでしょう。その結果、釘が磁石の働きをするようになります。

No.4 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2023/02/07 11:23

釘は鉄から出来ていて、鉄は記号で書くとFeと言う原子が集まって規則正しく並んだ物質です。

原子は原子核の周りを電子が高速回転しています。
これによって微小な磁場が生じます。

通常は、この回転軸がバラバラなので、磁場の向きもバラバラであり、お互いに磁場を打ち消し合っています。

磁石の鉄は、回転軸が同じ方向に揃っています。
回転軸を同じ方向にそろえると磁場の向きが揃う為、磁場を打ち消し合わずに大きな磁場となります。

釘を磁石でこすると、回転軸が同じ方向に揃う為、磁石になります。

この回答へのお礼

ご回答いただき、どうもありがとうございました。

お礼日時：2023/02/12 16:34

No.3 回答者： trka 回答日時： 2023/02/07 09:11

面白い質問ですね。

究極的には『解らない。』というNo2回答者様が正解なのだと思います。但し私個人的に次のように解釈しています。

1.磁気と電気
『電磁気学』なる大変難しい学問がある如く、電気と磁気は密接な関係があります。つまり、電気が流れると磁気が生じ(モーター)、磁気が生じるところに電気が流れます(発電機)。電気と磁気は表と裏の関係があります。

2.地球と月
『原子』の形を想像してみて下さい。大きな原子核の周りを小さな電子が高速で回転しています。この「電子が高速で廻る」と言うことはそのまま「原子核の周りを電流が流れている。」と言い換えることができるでしょう(多分)。これを地球の周りを廻る月(つまり電子ですが...)に置き換えると、当然北極/南極からは磁気が生じることになります。
つまり、原子はいつも磁気を発しているはずですが、ところが全体としての鉄の塊を考えると、それぞれの地球の北極/南極の向きがバラバラであるために、鉄の塊全体の磁気は平衡が取れています。それぞれの磁気の向きがバラバラであるために、全体としては打ち消し合ってプラスマイナスゼロになっているということです。

3.磁化
ご質問のように『鉄を磁石で擦る』或いは『鉄にコイルを巻き付けて強い直流電流を流す』などすると、鉄は弱い磁石になってしまいます。
既にご想像できるように、バラバラの向きに発していた磁気が、この様な外力を与えることで一定の向きを示すようになります(全部じゃないでしょうが)。
鉄の塊を構成するたくさんの地球と月が、磁石で擦ることで段々北極は右向き、南極は左向き等と一定の方向性を示すようになり、全体として平衡状態にあった磁気が崩れ、磁気をを外部に放出することになります。

No.2 回答者： yo4da10 回答日時： 2023/02/07 08:17

磁石の正確な理論はまだ判っていませんが、鉄の内部組織(元素)が同じ方向に磁化すると言う説明です。

特に軟鉄は磁石で擦る、磁力の影響で磁力を持つ様になります。
(磁極が同じ向きになる)
ただし、ゆっくり元に戻る。どうやって動くかははっきり説明出来ません。

No.1 回答者： HONTE 回答日時： 2023/02/07 07:58

だから、

磁化なんだってッ！