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 画鋲は磁石にくっつくのですが、鉄釘やクリップなどと違い、磁石から離すと画鋲同士はくっつきません。鉄釘やクリップならば、磁石から離しても磁化して磁石の力をもつのに、なぜ画鋲は着磁しないのでしょうか?

強力なネオジム磁石を使っても、磁化した様子は見られませんでした。鉄(スチール)製の画鋲ならば磁化してもよさそうなのですが・・・?

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A 回答 (3件)

 常磁性体は磁力が加わっても、磁石との間に引き付け合う力が極僅かしか発生しませんから、力が弱過ぎて磁石に付く事はありません。


 御質問者様が使用された画鋲が磁石に付いたという事は、その画鋲に使われてる素材は強磁性体という事になります。
 又、焼き入れをした鉄も、磁石に付きますから強磁性体です。
 磁石に付く種類の鉄材が常磁性となるのは、キュリー点と呼ばれる強磁性体の種類によって決まる特定の温度(純鉄の場合は770℃)以上の温度になっている間においてだけであり、温度がキュリー点未満にまで下がりますと、鉄は再び強磁性体となります。

【参考URL】
 強磁性 - Wikipedia
  http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%B7%E7%A3%81% …

 常磁性 - Wikipedia
  http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%B8%E7%A3%81% …

 キュリー温度 - Wikipedia
  http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A5% …

 鋼を焼き入れする場合には、一旦、高温(鉄材の種類によって温度は異なりますが、何れにせよキュリー点よりも高い温度が必要)に加熱した後、水や油などに漬けこんで急冷します。
 このキュリー点以上の高温となっている間は、鋼は常磁性体となっていますが、水や油で急冷した際に、再び強磁性体となります。

 そもそも、画鋲はプレス加工によって作られています。(針以外の部分についての話です)
 プレス加工を行う素材には、ある程度の可塑性・柔軟性が必要です(硬い素材は脆いため、無理に変形させると折れたり、割れたりしてしまう)から、鋼材の中でも比較的炭素量(鋼鉄は鉄と炭素の合金です)の少ない低炭素鋼(少ないと言っても軟鉄よりは多い)が使われる事が多い様です。
 画鋲にも様々な製品がありますから、使われている鉄材の種類を一概に決めつける事は出来ませんが、画鋲の円板の部分は強度が高い事が要求されるような用途ではありませんから、原材料として使われているのはおそらく一般的なSPCC鋼板ではないかと思います。
 SPCC等の炭素量の少ない鋼は、焼き入れしてもあまり硬くはなりませんから、わざわざ手間と費用をかけて焼き入れをしてもメリットが無いため、普通は焼き入れなどは行わないままで使用されるようです。
 実際、以下のURLのページに掲載されている動画に映っている工場では、画鋲を製造する際に焼き入れ等は行っておりません。

【参考URL】
 サイエンス チャンネル > キーワード一覧 > プレス機 > (212)画鋲ができるまで
  http://sc-smn.jst.go.jp/playprg/index/2313


 話は変わりますが、磁化という言葉には、

(1)外部から物質に磁場をかけた際に、その物質の周囲に新たに磁場が誘起され、物質が磁場を持つようになる現象

(2)強磁性体が永久磁石になる事

の2つの意味があります。((1)のみの場合には、磁石を離すと物質からは磁力が失われます)
 紛らわしいので、ここでは(2)の場合には「着磁」という言葉を使う事に致します。

【参考URL】
 Weblio 辞書 > 工学 > マグネット用語 > 着磁
  http://www.weblio.jp/content/%E7%9D%80%E7%A3%81? …

 株式会社アイエムエス > コラム > 着磁って何?
  http://www.ims-jp.com/whymag.htm

 鉄等の強磁性体を構成している原子(或いは分子)は、原子核の周囲を回っている電子の軌道の関係で、その1個1個が極小の磁石となっています。
 多数の磁石を箱に入れてかき混ぜると、磁石は勝手にN極とS極がくっついて、同じ向きに並びますが、原子の極小磁石の場合も同様で、隣り合った原子同士はN極とS極が同じ方向となる様に並ぶ傾向があります。
 但し、原子磁石の塊がある程度以上の大きさになりますと、エントロピー増大の法則(物事は乱雑さを増すように変化するという法則)により、原子磁石の塊は多数の小さな(サイズが10万分の1~5万分の1mm程度)の磁石に分かれてしまい、その各々の小さな磁石のN極とS極の向きは、外部磁場が無い状態ではてんでバラバラな異なる方向を向いているために、着磁される前の強磁性体は、外から見た場合には磁力を帯びていない様に見えます。
 この原子磁石の向きが揃った小さな磁石の事を「磁区」と言います。

【参考URL】
 岡山大学 理学部 物理学科 味野(_磁性_)グループ Magnetism Group > 磁性用語辞典 MagWord > 磁壁と磁区
  http://magnon.okayama-u.ac.jp/magword/domain

 強磁性体の外部から磁場が加わりますと磁区の向きが変わり、外部磁場の方向と同じ向きに並んだ磁区の割合が増えます。
 この結果、(1)の意味での磁化という現象が起きる訳です。
 磁区の向きを変えるためにはエネルギーが必要で、磁場の向きや強さの変化が小さいと、磁区の向きを外部磁場に合わせて変化させた際に解放されるエネルギーが、磁区の向きを変化させるために必要なエネルギーを下回るため、磁区の向きは変わりません。
 そのため、強い外部磁場が加わって強磁性体が磁化した後、即ち、外部磁場の向きに沿った磁区の割合が増えた後で、外部磁場を取り除きますと、磁区の向きが完全にはバラバラとはならずに、外部磁場と同じ向きの磁区の割合が多少多くなっていたままでも、磁力が完全になくなる事によって解放されるエネルギーが、磁区の向きを完全にバラバラな向きに変えるために必要なエネルギーを下回ってしまいますので、完全には磁力が失われず、強磁性体は弱い磁力を帯びたままとなります。これが着磁という現象です。
 更に、鉄等の強磁性体に炭素等の不純物が混じっていますと、磁区の向きが変化する際に、鉄原子が並んでいる中にまばらに散らばって存在している不純物の原子に引っ掛ってしまい、上手く向きを変える事が難しくなりますので、磁区の向きを変えるために必要なエネルギーが大きくなります。

【参考URL】
 強磁性体の性質
  http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/Lecture/ferrom …

 東洋磁気工業株式会社 > 鉄材の磁化(着磁)について > 強磁性体の性質をアニメーションにて御説明いたします。|強磁性体の性質 > 次へ
  http://www.magnix.com/swf/magnet.html

 つまり、同じ鉄ではあっても、不純物の割合が多い鉄では、外部磁力が無くなった後でも、加えられていた磁力線の向きに沿った方向に並んだままとなっている磁区の割合が多くなるため、着磁した際に得られる磁力が強くなり、逆に不純物の割合があまりにも少ない種類の鉄では、着磁した際に得られる磁力が弱くなる訳です。


 画鋲に使われていると私が推測しましたSPCCは、鋼鉄の中でも炭素量が少ない方ですので、極弱い磁力しか帯びず、画鋲同士がくっつき合う程の磁力にはならなかったのではないかと推測致します。
 仮に、針の部分が別の種類の鋼材で出来ていて、針の部分のみは永久磁石となっていたとしましても、針の部分の鉄の量は僅かですので、大勢には影響しないのではないかと思います。
 それに対し、クリップなどの弾力性が要求されるような用途に使用されている鉄材は、おそらくは「ばね鋼」という合金であり、ばね鋼の炭素量はSPCCよりも多い上に、炭素以外にもケイ素やマンガンといった他の混ぜ物も加えられていますから、着磁させやすかったという可能性があるかと思います。
 一方、釘の場合には、製品によって使用されている素材は様々で、SPCCよりも炭素量が少ない軟鉄製の釘も多く使われていますが、釘の中には炭素量が多い鋼鉄製のものや、その他の合金製のものもあります。
 質問者様が御覧になられた「磁石になった釘」とは、炭素量の多い鋼鉄で作られた釘だったのかも知れません。

 又、その他の理由として考えられるのは、磁化した際に磁力線と平行な方向に長くなっている形状のものの方が、着磁した際に磁力が強くなりますので、細長い釘の方が着磁し易く、円盤型でどの向きで測っても長くはない画鋲では弱い磁力しか得られなかったのかも知れません。
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この回答へのお礼

とても詳しくかつ分かりやすい説明をどうもありがとうございました。

お礼日時:2012/09/30 18:42

画鋲の製法のサイトでもあればよかったのですが、ちょろちょろ見ると



1 画鋲は硬さを保つために、焼入れを行なっている
2 焼入れを行うと強磁性体である鉄が常磁性体になる

ということらしい

http://www.tobu.or.jp/yasashii/book/gj05.htm
(2)鉄原子の並び方(変態の話)
この他α鉄はさらに780℃において強磁性体から常磁性体になり、磁力が失われます。
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この回答へのお礼

早々にご回答いただきありがとうございました。

お礼日時:2012/09/30 18:42

常磁性体だからじゃないの?画鋲



わざわざ 強磁性体になる素材のものも売っている
http://item.rakuten.co.jp/attract/100percent_mag …
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この回答へのお礼

このような商品も存在するのですね。ありがとうございました。

お礼日時:2012/09/30 18:42

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また、一個の磁石は、必ずこの両極を持っています。

いま2個の磁石があり互いに引き合っているのですから、一つの磁石のN極と、もう一つの磁石のS極が引き合っていると思います。

一般に磁気を遮蔽するには、No.1,3の方の回答にありますように普通は透磁率の高い(磁石で付きやすい)金属を使うのですが、これは磁石が1個のときに、その磁石のN極の磁気とS極の磁気とを通りやすい物質でつないで、外に出ないように封じ込めます。
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また、一個の磁石は、必ずこの両極を持っています。

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Q鉄の棒を磁石に変える?

 ちょっと昔のアメリカのドラマ「マクガイバー」にこんなシーンがありました。

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鉄を叩くと磁石になる?についてですが、
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この疑問を解くにはまず、電子の「スピン」という概念をまず知らなくてはなりません。
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そのうえで、まず、鉄について言うと、鉄は「強磁性」を示す物質の一つです。強磁性を示す物質を「強磁性体」といいますが、強磁性体とは、電子のスピンが一様にそろっていて、物質を構成する原子をひとつの磁石と見なすことができる物質です。
(http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A5%E3%83%AA%E3%83%BC%E7%82%B9を参考にして下さい)

では、なぜ、
>針を磁石でこすると、磁石を取り去った後も、針があ
>たかも磁石のように他の針をひきつけるようになると
>いうあの現象です。そしてしばらく時間が経つと、ま
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ということが起きるのでしょうか?

これは「磁区」という概念で説明できます。
(http://www.magnet.okayama-u.ac.jp/magword/domain/ を参考にして下さい)

>また、こすっても磁化しない物質との違いは何なので
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これは、「常磁性」、「反磁性」、「反強磁性」の概念で説明できます。

常磁性を示す物質は、磁石には軽くひっつきますが(あるいはほとんどひっつかない)、鉄のように磁石になることはありません。
(http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%B8%E7%A3%81%E6%80%A7、
http://www.elct.eng.himeji-tech.ac.jp/elct1/mag01.htmlを参考して下さい)

また、反磁性を示す物質は、磁石を近づけると磁石から遠ざかろうとします。
(http://syllabus-pub.yz.yamagata-u.ac.jp/amenity/Knowledge.asp?DSN=ElectroChem&nKnowledgeID=1980を参考にして下さい)

また、反強磁性を示す物質は、磁石には全くくっつきません。
(http://www.e.chiba-u.jp/~tkato/8_SPN.HTMを参考にして下さい)

このほか、「フェリ磁性」などという物もありますが、いずれにしろ、磁石の性質は非常に奥が深いものなのです。

参考URL:http://cr.physics.ed.ynu.ac.jp/labs/theory2/ono/hp_subject.html#s1

こんにちは。

この疑問を解くにはまず、電子の「スピン」という概念をまず知らなくてはなりません。
(http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k0dennsikotai/19spin.htmを参考)

そのうえで、まず、鉄について言うと、鉄は「強磁性」を示す物質の一つです。強磁性を示す物質を「強磁性体」といいますが、強磁性体とは、電子のスピンが一様にそろっていて、物質を構成する原子をひとつの磁石と見なすことができる物質です。
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Q磁石が持つ磁界の強さの定量的な測定方法(機械を用いない方法)

途上国で理科を教えている友人から、
以下のメールが来ました。

私は物理を学んだことはあったのですが、
答えられずに困っています。

どうか、みなさんのお力をお貸し下さい。

以下、友人からのメールです。

「磁石の周りの磁界の強さを定量的に測りたいのですが、
機械を使わず測定できる方法は知りませんか?
日本では磁界の強さを測るセンサが売っていると聞いたのですが、
途上国ではそのような機械はなくて。
もしよろしければ、手作りで作れる実験器具などを用いて、
数値として計測できる方法を
ご存じでしたら教えて下さい。」

Aベストアンサー

磁界の強さを測るセンサというのはガウスメーターみたいなものですよね。測定子は数百円で売っているものですしガウスメーター自体を自作してしまうことも可能なわけで...「手作りで作れる実験器具」というのにどこまで含んでいいのかが分からないのですし、どれくらいの年齢が対象の理科なのかにもよりますので、素人考えでの測定方法を。

・クリップや砂鉄をどのくらいの量持ち上げることができるかで測定
 そんなの小学生レベルじゃん!とか言いたくなるかもしれませんね。しかし砂鉄の量をきちんと計量すれば数値化はできますし、そうすれば相対的な強さは求めることができるかと思います。
 また紙の下に磁石、紙の上に砂鉄を置いて、紙をトントンたたき磁力線を目で見える状態にしてその大きさを記録するような使い方ができるかもしれません。
 ほかにもパイプの中に鉄球を入れてパイプの外に置いた磁石でそれを固定します。そしてパイプを傾けて何度のところで鉄球が転がってしまうかとかでもいいかもしれません。
 これらの場合は相当な測定誤差が出ると思いますが


・電磁石を使う方法
 磁石と電気を通している電磁石をくっつけます。そして電磁石が下になるように磁石を持ち上げてから少しずつ電磁石にかける電圧を下げます。そして電磁石が落ちたときの電圧を測定。
 この方法の難点は電磁石に電気を通さなくても磁石にくっついてしまい、そのままで落ちないことがある点。
 磁石を吊るし型のばねばかりに固定して、その下に置いた電磁石でひっぱって、"○○gの力にするには何ボルト必要"のように測るのもいいかもしれません。


・電磁誘導を使う方法
 #2さんの方法です。電流が流れるのは一瞬ですのでメーターはアナログ式の方がいいです。また磁石を動かす速さによって電圧が変わりますので一定の高さから落とすようにするといいと思います。

磁界の強さを測るセンサというのはガウスメーターみたいなものですよね。測定子は数百円で売っているものですしガウスメーター自体を自作してしまうことも可能なわけで...「手作りで作れる実験器具」というのにどこまで含んでいいのかが分からないのですし、どれくらいの年齢が対象の理科なのかにもよりますので、素人考えでの測定方法を。

・クリップや砂鉄をどのくらいの量持ち上げることができるかで測定
 そんなの小学生レベルじゃん!とか言いたくなるかもしれませんね。しかし砂鉄の量をきちんと計量す...続きを読む

Q電波を遮断する安い素材はアルミホイルですが、磁力線は--?

初めまして。
質問をお願い致します。

内容は
「電波を遮断する安い素材はアルミホイルですが、磁力線を遮断する安い素材をご存知ないですか?」
です。

まだあくまで思考実験の段階なのですが・・。
とある工作&実験で、容器内の金属に対して、なるたけ外部からの影響を遮断する空間を作ることになりました。
(と言っても極端な寒暖とか、放射線は考慮に入ってません。
 潮汐力やコリオリ力の減算も必要ないです。)

温度(分子振動)、光(光子?電磁波?)の遮断は別途考える予定なのですが
電界・磁界の遮断はどうしたらいいのかなぁと悩んでいます。

安い素材として、アルミホイルで覆ってしまうというのを考えたのですが、
確かアルミって、電波は反射する(ミニパラボラのお椀に使う)けれど、磁石にはくっつかないよなぁ、
と思いまして

でも電波って、電界と磁界が交互に現れる現象じゃなかったかなぁ、
電磁波は反射させるのに、磁力線は素通しなの?
あれ、でも磁界と磁力線って違うんだっけ?

と、高校で習ったことをすっかり忘れてしまっておりまして。。
検索もしましたけれどよくわかりませんでした。

そこでお願いです。
スーパーとかで買える安い素材で、磁力を遮断するものがありましたらぜひ教えてください!
安いというのが重要です。あまりお金がないので。。

初めまして。
質問をお願い致します。

内容は
「電波を遮断する安い素材はアルミホイルですが、磁力線を遮断する安い素材をご存知ないですか?」
です。

まだあくまで思考実験の段階なのですが・・。
とある工作&実験で、容器内の金属に対して、なるたけ外部からの影響を遮断する空間を作ることになりました。
(と言っても極端な寒暖とか、放射線は考慮に入ってません。
 潮汐力やコリオリ力の減算も必要ないです。)

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一つ気になったので。

>ほとんどの缶ジュースの缶がこれにあてはまります^^
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位相の数が違う。といってもその「位相」って言葉から複雑怪奇。バカにでも理解できるようにわかりやすい言葉で教えてください。
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 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。

 強磁性体の性質(原理)
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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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 また、鉄原子は、一定速度...続きを読む

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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。
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大きいものになればその力に限界が生まれ、結局集まるだけ集まった電子で磁石の力を発揮するため 弱く感じることもあります。


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