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素朴な疑問です。
鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウムだけが磁石にくっつくと教わりました。
なぜ、これらの金属は磁石にくっつくのですか。
また、他の金属が磁石にくっつかないのはなぜですか。教えてください。
素粒子のスピンなど専門語や数式が入ってもよいですので、できるだけ詳しい解説をお願いします。

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A 回答 (2件)

このサイトが詳しそうです。



参考URL:http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/Lecture/magnet …
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この回答へのお礼

すばやい回答ありがとうございます。
さっそくお薦めのサイトをのぞいてみました。
詳しい上に分かりやすくて感激です。
ありがとうございました。

お礼日時:2006/06/07 00:02

 こういう問題は、科学のこまい先端技術と違い、科学の大元の基本問題ですから、大学で習う、むつかしい、数学、理論物理、力学計算式などこまい先端知識を知っていても、説明になりません。

出来ません。
 こういう質問を、皆さんは、謙遜して必ず、「素朴な質問」といわれます。
 ところがこちらが科学の概念を知っておくために不可欠な大元の科学知識なのです。


こまい枝葉の専門技術、量子技術、理論物理、各種工学、医学、農学、・・・・と分類され数式を考え出す人が現れ、理解と計算とその運用に悩まされるわけです。
 本で言うと、表題に相当し、こまい難しい先端知識は、限りなく分類される項目に相当します。
こまいむつかしいことをたくさん知っていても、科学を総括して見れない場合が多いものです。
 ですから、素朴な知識は大元なので、大事なのです。

 何が磁石にくっついて何がくっつかないかは、実際実験してみると小学生でも誰でも分かります。
 鉄、コバルト、ニッケル、ガドりニウム、磁石、金属・・磁性体、強磁性体・・結晶構造・・という物質名、特徴、性質、動作、・・・は区別するために、限りなくつけていく文字ですから覚え切れません。文字名前や意味なら辞書を探すと分かるでしょう。

 この質問の理解に必要なのは、
●磁石とは何を言った言葉か。
●磁石がくっつく原理、または動作を言い当てた人が居るのではないか。その暗記文(科学知識)は何だろう。
という2点になります。
これ以外は的外れになります。

 ★参考---
 科学(物理、化学の総称)は同じ現象を実験して間違いのない、暗記するための説明文を書きとめる、または間違いない説明文を言い当てる、のが仕事の基本です。
 科学とは、これまた大元の基本知識ですが、力の存在や、力の発生源、力で派生する現象を探り、これらについて暗記説明文を作り、物づくりの技術に応用したり、病気の治療(体内分子の結合・分解の化学反応はすべて力による)に応用しているものです。
 ですから、後進国でもすぐ、量産できてしまうわけです。
 まえおきが長くなりました。


 必要科学知識(暗記文の知識)を順に並べていきます。
 ●磁石とは、人類が、山中の岩石から互いにくっつきあう石を見つけました。その後、砂鉄、鉄と名づける物をよく吸着することも分かりました。★この石を磁石と名づけました。---歴史的経過でまだ科学知識でありません。
 ●電流の単位名アンペアになっているアンペール(フランス語読み)の当時、電線電流が鉄で作られた方位磁石(コンパス)を動かすことは、すでにエルステッド教授によって発見されていました。
 ★また、コンパスが有った事でも考えられるように、鉄が作られていて磁石に鉄が吸着されることは知っていたと考えます。
 
 ★電流をコイル状に流すと磁石と同じ作用をすることも分かっていたようです。
(詳しい記述を知りませんし、見たこともありませんが、記事により推測されます)。

 アンペールはこれら上記の★印事項を前提にしたと思われるのは、
 以前読んだ著書によると、
★アンペールはこの時すでに鉄の磁石の中では、たくさん円回転した電流が存在していると預言している様な事を言っている。
と記している著書から私が考えるのです。
 「磁石と同じ鉄を吸着するコイルを流れる電流を、真上から見た様子は、円回転している電流になります」。

●アンペールは、磁石の中にはミクロの円回転した無数の電流が存在し、その発生する磁力線が強力な磁石になっていると、イメージしていたと知られています。すれがそのまま現在の磁石の科学知識(原理)になっています。
 
総合して現在
 ●具体的には、鉄の中で、-電気の電子がスピンして電流(コイルの電流を想定)になり、これが同方向に揃っていて、それによって放出される★磁力線(次に説明)が★同方向に揃って放出されているために、磁力線の力で、はなれた位置にある鉄材や砂鉄を吸引したり反発しているのが磁石の磁力です。

これが、磁石の磁力の基本知識です。また結論です。

 ●磁力線とは、文字どおり、磁力によって、磁力で吸引されたり反発される物質、例えば小さな磁石をぶら下げて、磁石の透明な力で押し動かされる通りに線を引いた、力が及んでいる道筋の線を文字通り磁力線と言います。
 あるいは、吸いつけられるとおりに描いた力が及ん道筋の線を言います。
 

 ●吸着と反発の理屈---
今2個のN極S極を備えた2本の5cmほどの長さの棒磁石を5cmほど離して同じ向きに縦に平行に並べた場合と、反対向きに縦に並べた2通りの図をイメージしてください。
 図面を書けないので、説明がくどくなります。

 磁力線というの力の存在(ファラデーの発想)をイメージして説明します。
 磁力線は透明ですが、脳に描いて行います。

 1)●反対向きの磁力線が重なると力は消しあい、押し合う力を表示する力の存在を示す磁力線は消えてなくなります。自然の事実から。

 2)●ほかの磁石から放出された同方向の磁力線同士は、磁力線は弾力を持ったゴムのように働き反発して跳ね除けて、重ならないという観測事実からの科学知識があります。
 この原理を応用したのが、磁気浮上列車です。

 3)●1個の磁石から出る磁力線同士は絶対に交差ません。自然の事実から。

 4)●磁力線はN極から出て、ぐるっと外側を回ってS極に戻ります。右半分は右外を回り、左半分は左外側を回ってS極に戻ります。

 5)●最後に大切な「事実から想定した科学的知識」は、力の分布を表す磁力線は広がらず、最短距離をとって密集して落ち着こうと、縮まろうとする強い力を持っているのです。ちょっとむつかしいエネルギーの知識。

以上5つの科学的基本知識によって次のようになります。

反発力
 ★2本の棒磁石の間の空間では、左側棒磁石から放出される下向きの磁力線と、右側棒磁石から放出される下向きの磁力線は跳ね除けあい、2本の棒磁石は、遠くに飛びます。 磁気浮上列車の原理になります。

吸引力
 ★反対向きに並べた棒磁石は、磁石同士の間の空間
では磁力線は下向きと上向きの反対になりますから、打ち消しあって消え、外側の磁力線がつながった強力な輪になって縮まる力で締め付けられ接近し、NとSがくっついた状態になる。
という無理したような理解しかありません。
こういう説明はここしか聞かれないはずです。
この方法は、棒磁石を縦に並べても同様、磁力線で理解できます。
 

 ●なぜ鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウムだけが磁石にくっつくか。
 これは、以上説明した科学知識が磁力の吸引反発の基本原理なのですから。物質名に関係なく、計算ではありませんが、この基本原理逆算して当てはめるだけです。
 金属の構造は、原子核と回りを回る電子で出来ていて、電子は自転(スピン)していることは、共通しています。
 (現実的技術的には、金属の結晶構造が関わって難しくなり、あなたの質問とは別になります。)
 
★参考---磁石は磁鉄鉱といって鉄から発見が始まりましたが、知ってみたら、一覧表で鉄、コバルト、ニッケルは隣り合っていて鉄から出来たと考えられ、性質がそっくりなのです。


★質問の回答は、外部からの磁石の磁力線の力で、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム内でばらばらにスピンしている電子の磁力線のいくつかが、外部磁石の磁力線方向に向き直って揃ったから(量は金属ごとに違うでしょう。)磁力線が1体になってくっついた。
あるいは、スピンが揃って磁石の磁力線の方向に磁気を帯びたから(磁気誘導と名づけています)、磁石のN極(S極)と金属に誘導したS極(N極)がくっついた。と理解します。
 磁気誘導の性質があるかないか、強いかよわいか、磁力線の影響が去るとすぐ乱雑方向に戻って磁気が消えてしまうか、といった性質に応じて、永久磁石、強磁性体・・その他様々な名前をつけます。専門に入ると覚え切れませんよ。

 科学の大元の基本、原理、法則には通常数式は入りません。入っても簡単です。
 難しい数式が入るのは、基本からこまい枝葉に入り、先の専門部分で理論や技術的設計製造などの計算部分です。

 参考---電磁石のようにコイルで磁力を作ると分かるように,磁力線はコイルの中を通ってつながっていて、どこがN極だかS極だか分かりません。こちらの記憶方法が磁気について多く役に立ちます。
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この回答へのお礼

ごていねいな回答ありがとうございました。
私の何気ない疑問に、こんなに詳しく解説してもらって感謝いたします。

お礼日時:2006/06/07 20:37

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以下のURLを参考にしてみてください。

  http://www.tensaiji.net/answer15.htm

いくら子供だからといって、あまりいい加減なことを教えるのはお勧めできません。URLのような説明はしてあげた方がいいかと思います。整列するものしないものの例えとして、幼稚園の遠足とかの話しを取り入れてもいいかもしれませんね。

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このような物質が強い磁界に入り込むと、余ったスピンにより、強磁性体(磁石)に吸い寄せられます。
すべてのスピンが打ち消し合う物質の場合は、スピンが余っていないので、強磁性体(磁石)に吸い寄せられる事はありません。

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 特に「3つの疑問の解答」の項、この中でも「III なぜ純鉄は永久磁石にならないのか?」の項も参考になると思います。

 もし、上記のURLの内容が難しいと思うのであれば、極単純には、次のようなことです。

 強磁性体の性質(原理)
 鉄原子の電子は 電荷と質量を持つ粒子です。
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 この小さな磁石の方向をそろえれば(磁石を近づけてエネルギーを与えることにより方向がそろう)鉄全体が磁石になるわけです。

 ただし、永久ではなく、徐々に、方向がばらばらになり、磁力がなくなります。

 磁石をくっつけるだけで、はさみなどが磁石になる。・・・不思議だと僕も思います。

 下記のURLを見てください。
http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/Lecture/ferromagnet.htm

 特に「3つの疑問の解答」の項、この中でも「III なぜ純鉄は永久磁石にならないのか?」の項も参考になると思います。

 もし、上記のURLの内容が難しいと思うのであれば、極単純には、次のようなことです。

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Q永久磁石が鉄につく原理

なぜ、永久磁石は鉄にくっつくのですか。つく原理を教えてください。永久磁石がなんらかの形でエネルギーを出しているのですか。

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質問の意味が二通りに考えられるので、2種類の答えをしてみます。
なお、くっつくのにエネルギーは要りません、逆にくっついているものを引き離すのにエネルギーが要ります。これは、重力の例で言うと、地面に物を落とすのにエネルギーは要らないけど、持ち上げるのにエネルギーが要るのと同じです。

1.そもそも、なぜ磁性を持ったものは引きあったり反発しあったりするのか?
 この答えは非常に難しいです。電気の+/-で働く力、重力の引き合う力などと同じで、物理学の根本にかかわる力の一つだからです。今のところ、なぜだか分からないがこの世にはそういう力が誕生した、と言うしかないですね。素粒子論の「電磁相互作用」を調べれば、少しはイメージが湧くかも知れません。

2.なぜ、永久磁石や鉄だけがくっつくのか?
 #1さんの説明がかなり近いのですが、物理系の専門家でも良く勘違いをする間違いが有るので補足を。磁石の基となるのが電子のスピンと呼ばれるものであるのは、#1さんの説明のとおりです。
 次に、原子や分子、化合物の中でそれらの電子の配置によって、↑と↓のスピンが相殺してしまうと磁石にならないのも#1さんの説明のとおりで、こういう物質を磁性用語で「反磁性」と呼びます。
 んじゃー、スピンが相殺されずに余りが出来れば磁石にくっついたり、磁石になるかというと、そうはいきません。原子単位で存在するスピンの力は非常に弱く、よほど強い磁場を使わないと揃いません。このように、原子がスピンを持っているけど揃う力の無い物質を「常磁性」と呼びます。
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なお、くっつくのにエネルギーは要りません、逆にくっついているものを引き離すのにエネルギーが要ります。これは、重力の例で言うと、地面に物を落とすのにエネルギーは要らないけど、持ち上げるのにエネルギーが要るのと同じです。

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 この答えは非常に難しいです。電気の+/-で働く力、重力の引き合う力などと同じで、物理学の根本にかかわる力の一つだからです...続きを読む

Q磁石にくっつく金属

磁石にくっつく金属といえば「鉄」というのは常識中の常識ですが、鉄以外ではニッケルがありましたよね。他には なかったでしたでしょうか?

Aベストアンサー

通常の気温で金属の強磁性体ということなら、鉄・コバルト・ニッケルです。
これらを主成分とする物質も強磁性体となる場合が多いです。ネオジム磁石や
サマリウムコバルト磁石がその例で強力です。逆にステンレスは磁石につかな
いのが多いですね。一般にクロムの多いステンレスは磁石にくっつきません。
昔、磁気テープによく使われたクロムテープは実は二酸化クロムです。また、
マンガンアルミ磁石という単独では磁石にならない物同士の合金もあります。
このほか、他の金属酸化物やプラスチックなどの磁石も研究されてます。

参考URL:http://www.magtec.co.jp/magnetnews/q&a_backno.html

Q磁石にくっつく金属

磁石にくっつく金属と言えば、誰でも鉄が真っ先にピンと浮かびますが、鉄以外で磁石にくっつく金属ってありますか?

Aベストアンサー

No.2の方の回答より突っ込んで知りたい場合に読んでください。

遷移金属(3~12族元素)が磁性を担う元素になります。

3dに限らず、最外核s軌道より主量子数の小さいd軌道が、最外核s軌道より外側に存在できるから磁性を示します。(f軌道も然り)
また、電磁気学だけではなく量子力学(こっちが主)により説明されます。

元素単体で磁石にくっつくのは、ニッケル、コバルト、鉄の3種です(wikiには条件付きでガドリニウムがかかれていますが希土類であるのでここには入れません)。これらは強磁性体で、最外殻d軌道電子同士が2次の相転移を起こすことで結合し、電子のもつスピンによる磁化を1方向に揃える働きがあります。(電子同士の結合は量子力学で交換相互作用と呼ばれ、その大きさはJで表されます。Jの正負で強磁性、反強磁性を示します。)
これが外部磁界と相互作用することで「磁石がくっつく」という現象を起こします。(外部磁場の方向に磁化を揃える方がエネルギーが低くなり、安定になるため。磁石にくっついている状態は、磁石とくっついている金属を一体の磁石と考えられるから。電子同士の距離が近いほど強固に結合する。)

遷移金属を含む化合物で強磁性を示すものもあり、これらも磁石にくっつきます。

余談:強磁性体には硬磁性体、軟磁性体があり、磁石には保持力の大きい硬磁性体が使われます。(保持力が小さい軟磁性体だと他の磁石の影響や強力な磁界がかかったときに、磁力が弱まり易い。反転もしてしまう。軟磁性体は外部磁場の方向に磁化が揃いやすく、ハードディスクの磁性膜や変圧器の磁心などに主に用いられます)

強力な磁石にはネオジム磁石(鉄にある分量で他の元素を混ぜたもの)などがあります。(軟磁性体ならば鉄コバルト)

No.2の方の回答より突っ込んで知りたい場合に読んでください。

遷移金属(3~12族元素)が磁性を担う元素になります。

3dに限らず、最外核s軌道より主量子数の小さいd軌道が、最外核s軌道より外側に存在できるから磁性を示します。(f軌道も然り)
また、電磁気学だけではなく量子力学(こっちが主)により説明されます。

元素単体で磁石にくっつくのは、ニッケル、コバルト、鉄の3種です(wikiには条件付きでガドリニウムがかかれていますが希土類であるのでここには入れません)。これらは強磁性体で、最外殻d...続きを読む

Q磁石の作り方

電気の授業で電磁石の話の時にふと思ったのですが
磁石って何から出来ていてどうやって作られているんですか?
なんでN極とS極があるんですかねえ@
変な質問してしまってすみません。
もしとっても優しい方がいらっしゃったら教えていただけないでしょうか。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

磁石は、フェライト、アルニコ、ネオジウム、サマコバ、希土類など
色々な磁性体(を混合して)を鋳造したり焼結して作られています。

しかし、不対電子の働きがわかって来たことから、プラスチックの
有機ポリマー磁石を作る事に海外の大学の研究チームが成功し
ています。(まだ、マイナス262℃でないと磁石にならないが)

磁力と保持力はトレードオフの関係にあるから、用途によって磁石
を使い分けたりします。

なぜN極とS極があるかですが、これがわかれば宇宙の生い立ちを
解き明かす鍵になると思います。
現在は、不対電子や電子スピンによって説明されていますがその
原理などは解明されていないと思います。


参考URLに磁石を製造している会社のHPを入れておきますので
参考にして下さい。

参考URL:http://www.26magnet.co.jp/qa/index.html

Q元素と原子の違いを教えてください

元素と原子の違いをわかりやすく教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

難しい話は、抜きにして説明します。“原子”とは、構造上の説明に使われ、例えば原子番号、性質、原子質量などを説明する際に使われます。それに対して“元素”というのは、説明した“原子”が単純で明確にどう表記出来るのか??とした時に、考えるのです。ですから、“元素”というのは、単に名前と記号なのです。もう一つ+αで説明すると、“分子”とは、“原子”が結合したもので、これには、化学的な性質を伴います。ですから、分子は、何から出来ている??と問うた時に、“原子”から出来ていると説明出来るのです。長くなりましたが、化学的or物理的な性質が絡むものを“原子”、“分子”とし、“元素”とは、単純に記号や名前で表記する際に使われます。

Q棒磁石を二つに切ってもN極だけやS極だけにならないのは何故?

棒磁石を真ん中から二つに折っても、折れた磁石は元のようにS極とN極を持ってますよね?
どうしてS極やN極だけにならないのでしょうか。
単純な疑問で申し訳ありませんが、教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちわ。

 まだ、受け付けているようなのでお話したくなりました。
 あなたは、単純な疑問と思って、遠慮がちですが、難しい問題なのです。誰も(先生を含めて)はっきり分かり易く、割り切れる説明をする人がいないからです。皆曖昧にしているのです。

 科学言葉は、意味が1つきりではっきりしていて、融通の利かない言葉の筈です。これが曖昧な日常生活用語と違い、科学用語の特徴です。


 早速問題に入ります。

 この問題は、科学用語は全て同じなのですが、必ず、歴史的経過で言葉(用語)が作られますから、歴史が条件に入ります。

 要点だけにします。
 
 天然の磁石が発見され、北極と南極を指す事から、コンパスが作られ、磁石に、N、S表現が定着しました。

 次にエルステッド教授によって、電線電流の回りに同心円状に磁力線(これはファラデーが透明な磁界を線で表現することを考え付いたもので、数値表現できるようになり、透明な電界にもまねて電気力線で表し、お陰で今日の電気機械器具を設計製造できるようになったと言うファラデーの功績があるのです。)が出来てる自然の事実が分かりました。
  
 次に、電線を円にして、又はコイル状にして、電流を流すと、強力な磁力線を発生して、電流が円状に流れると、コイルに電流が流ると、鉄がなくてもNS磁極を持った棒磁石と全く同じ動作をすることが分かった。
 
 鉄粉を撒いて見る手段でも分かる通り、円やコイルの中から磁力線が発生しています。
 
 このことから、アンペールは、当時、既に磁石は中でこまい円形状電流が揃って集まった物を想像したと聞きます。
 コイルの電流により磁力線がコイルの中を通ると言う、この辺から、棒磁石の中を磁力線が通り空気中に出て一回りして戻っている発想が生まれました。

 つまり、鉄の磁石の端に付けたNSが、鉄原子の中のマイナス(-)電気を帯びた電子がコイルの電流の様に円状に回転していて、それが大量に向きが揃っているため、
磁力線が束に揃って磁石の外の空気中に出てくるのだ、磁石の正体は、磁力線そのものだ、しかも、電流と磁力線は知恵の輪の関係になって発生している。
 
 しかも、電流の輪と、磁力線の輪が、鎖か知恵の輪の関係にあります。この輪になった磁力線に棒磁石の様な、両端はありません。

 電子1個ごとにのバラバラに回転(英語でスピンする)する電流と交差する透明な磁力線にもいえる事で、切れ端はありません。

 以上の様に記憶して説明すると、いつでも何処ででも、自然現象にぴったり合うとなったのです。
 磁石の正体は、リング状をした磁力線と分かったのです。磁力線が磁石なのです。

 このように、記憶法をはっきりさせて教えるべきなのですが、統一とれていません。
人任せになっているから、いつまでも曖昧なままなのです。

 だから切ってもNSのような端ができないのです。

 
以上

こんにちわ。

 まだ、受け付けているようなのでお話したくなりました。
 あなたは、単純な疑問と思って、遠慮がちですが、難しい問題なのです。誰も(先生を含めて)はっきり分かり易く、割り切れる説明をする人がいないからです。皆曖昧にしているのです。

 科学言葉は、意味が1つきりではっきりしていて、融通の利かない言葉の筈です。これが曖昧な日常生活用語と違い、科学用語の特徴です。


 早速問題に入ります。

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小学校3年の理科の宿題で、磁石にくっつくものについて、調べています。先生に
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Aベストアンサー

磁石にくっつく金属には鉄とかニッケルがあります.
お金(ここではコインのことだと思います)は一円玉を除いていくつかの金属を混ぜて作っています.その中に磁石にくっつく金属を使っていないと,当然磁石にはくっつきません.
500円,100円,50円には磁石につくニッケルを使っていますが,その混ぜる割合が少ないので,普通の磁石ではくっつきません.とても強い磁石だとくっつくはずです.
参考URLの,「貨幣の製造」に金属の割合が出ています.
#「くっつかないように作ってある」だと宿題の答えにはならないでしょうね :-)

参考URL:http://www.mint.go.jp/guide/


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