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なぜ永久磁石は電気が流れていなくても磁界が発生しているのですか?

物理学 | 工学165閲覧

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「なぜ永久磁石は電気が流れていなくても磁界が発生しているのですか?」 電子のスピンは電荷の回転です、回転電流と同じ効果があります。(と考えると簡単です。実は実物を見た人は誰もいませんので、最も正しいと思われる仮説になります) 「永久磁石内に電子が動いているのでしょうか?」 ハイすべての電子は回転(スピン)しています。(しかし普通の回転は、見方で右回り、左回りは変わります。地球の回転が北から見る場合と南から見る場合で右左が変わります。電子はスピンには+1とー1がありますが見方で変わらないところが不思議です)スピンと呼ばれていますが、ただの回転ではないようです。 「その場合永久磁石と他の金属(遷移)の違いは何なのでしょうか?」 不対電子とフントの法則がそのカギを握っています。 電子の軌道を埋めるとスピンの+1と-1が釣り合って磁気が消えてしまいます。 電子の軌道を埋めないように中途半端な数で軌道に配置すると釣り合わない電子のスピンが磁力を生み出します。 これを不対電子といいますが 遷移金属は 複数の電子軌道を中途半端にすることができる材料で、原子番号をうまく選ぶと、強い磁力が現れます。 鉄26番、ニッケル、コバルトは それのマジックナンバーなのです。 さらに高い原子番号は軌道がさらに増えて理屈の上では、不対電子をもっと多く作ることができるのですが、キューリー点が低くなりすぎて、常温では磁力を失ってしまうのが欠点です。極低温で磁力を発揮する材料が確認されています。

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電荷が動くと磁界が発生します。 電流は電荷の移動ですので磁界が発生します。 (電子の移動だけでなく陽子が移動しても磁界が発生します。) 電子や陽子など素粒子はスピンという性質を持っていますが、 このスピンでも同様に磁界が発生します。 スピンは電荷の動きと見なせます、 電子あるいは陽子が流れていなくとも、 静止した状態で、そこにあるだけで磁界が発生します。 永久磁石の中にある電子などは動いてなくとも このスピンの作用により磁力が生み出されています。 但し、ほとんどの物質は磁極の向きがバラバラな為、 お互い相殺し合い外部には磁力が現れません。 磁極が一方向に大規模に揃ったのが磁石です。 > 永久磁石と他の金属の違いは? (同じ金属であっても「強磁性体」とそうでない物の違いは何?) 多くの物質はスピンがばらばらで、 互いに打ち消されて磁力を持たないのですが、 鉄やコバルトなどいわゆる強磁性体では相殺出来ない 電子の余り軌道(3d軌道と言う)が生じます。 鉄などの強磁性体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。 アルミなどすべてのスピンが打ち消し合う物質は、 スピンが余っていないので吸い寄せられる事はありません。 強磁性体が強い磁界に入ると磁極が一斉に揃います。 その後、磁界を弱めると磁区は元の状態に戻ろうとしますが、 磁壁が途中で結晶内の不純物や結晶の歪などに引っかかる為、 完全には元に戻らず,外の磁界を0にしても磁化が残ります。 (残留磁化) つまり磁石になります。 (永久磁石と呼ばれる事がありますが、 「永久」ではありません) スピンとは素粒子の持つ性質で、 回転の概念に近くイメージとして回転を考えるのには便利です。 (しかし実際にコマのように回転している訳ではありません。) 粒子が行う相互作用をスピンという 数学的形式によって表しているだけです。

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磁化と保磁ということが起こるからです。 自然の中で磁化や保磁が起こり、その結果バランスが保たれています。 そのような性質に矛盾の無いように法則などが作られます。 磁化されるものは金属には限らないようです。電気を流さない性質のものもあるようです。 磁化は元から磁化される性質のあるものの磁化の方向を整えているだけらしいです。 NHK BSプレミアムの放送で宇宙の成り立ちからどのようにして、今の宇宙が作られてきたのかというような放送をしていました。 先日は鉄が宇宙にある理由を説明していました。地球の内部などでは溶けた鉄が対流して磁場ができたのだと説明されていました。でも鉄が滞留するとなぜ磁場ができるかという詳しい説明はありませんでした・・・ あまり根本原理を説明できていませんが私の知識はこれぐらいが限度です。 自然現象のなかでは人がいようがいまいが起っている現象があります。

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同じ磁石でも電磁石と永久磁石の仕組みは異なります。 電磁石の磁場は電流、つまり電子の動きによってつくられます。 永久磁石の磁場は電子そのものによってつくられます。実は電子は電子自身が小さな磁石なんです。 1個の電子自体がN極・S極を持つ小さな磁石なのです。 たいていの原子では原子の中にある電子の磁力が打ち消し合って磁石の性質はありません。 ところが、鉄の原子では電子の磁石のバランスが崩れていて、鉄原子が磁石の性質を持っています。 電子磁石のバランスが崩れて磁石の性質を持つ原子は鉄・ニッケル・コバルトなどしかありません。

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電子がスピン≒磁力を持っています。 たいていの物質では、大量にある電子のスピンの向きがバラバラで打ち消し合ってしまうのですが、永久磁石になるような物質では・・ (と書き始めたけど、手間なので) file:///tmp/mozilla_papa0/jiseitai.pdf 簡単にわからないでしょうけど、この中のキーワードを検索してください。