 |
2006.9.23 |
|
2006.9.23 |
 |
磁石とは、双極性の磁場を発生させる源となる物体のこと。 鉄などの強磁性体を引き寄せる性質があり、地磁気に応答して方位を指し示す等の振る舞いを見せる。 辞書などでの解説です｡ 磁石や磁性材料は私たちの身のまわりに多く見受けられ、現代社会を支えている材料の一つです。 小学校の低学年でも、鉄は磁石にくっつくのにアルミ（１円玉）や銅（１０円玉）はくっつかない・・・ ということを実際に実験してそのことを知ります｡ しかし、何故そうなのか？ ということになるとそれは大変難しくなります｡ それを説明するには、量子力学の知識が必要になります。 もちろんここでそんな説明は出来ませんが、豆知識程度に読んでみて下さい｡ 磁石の歴史 古代ギリシャでは、鉄を引き寄せる石として磁石はすでに知られていました。 プラトンは、その著書『イオン』にて「マグネシアの石」として磁石のことを言及しています。 また中国では、慈石という書き方をしていたようで、母が愛児を抱くように鉄などを引き付ける慈しみに満ちた石。 というのが名前の由来のようですが、２０００年近くも昔のことのようです。 天然に産出する磁石としては磁鉄鉱（マグネタイト Fe3O4）が挙げられますが、この磁鉄鉱すべてが磁石になっているわけではありません。 自然の磁石はどのようにして出来るかというと、雷が起因しているということが考えられます。 落雷によって大地に巨大な電流が生じ、そこに磁界が出来て、原石である磁鉄鉱に磁石の性質が生まれるのです。 これらの天然の磁石は、羅針盤の指針を磁化することなどに用いられてきましたが、非常に微弱な磁石であり、 ２０世紀に入ると、実用に十分な強度を有する磁石が人工的に作られるようになってきました。 主な磁石の種類 磁石の原料として、鉄、コバルト、ニッケルが挙げられ、２０世紀半ばまでは磁石の主流だったのですが、 やがて安価で造形の容易なフェライト磁石などに主役の座を奪われています。 フェライト磁石は、酸化物磁石の一つで、酸化鉄を主原料にして焼き固めて作ります。 磁束密度は低いが、保磁力が高く減磁しにくい。 電気抵抗が大きく渦電流損が低く、高周波まで適用できる。 硬度は比較的に高いが割れやすい。 磁器なので薬品に強く、錆びない。 焼く前は粉末のため自由な形にできる。 等の特徴があり、酸化鉄にバリウムやストロンチウムを微量加えたものを焼き、微細な粒子に粉砕したものを成型し焼結します。 最後に電磁石によって着磁し、フェライト磁石が出来上がりますが、主原料が安価でかつ化学的に安定しており、様々な用途に用いられています。 磁石の用途 日常の電化製品でよく見かける磁石の用途として、モーターやスピーカーが挙げられます。 これらは永久磁石と電磁石を用いて、電気エネルギーを回転や空気の振動といった力学的エネルギーに変換しています。 カセットテープ、ビデオテープ、ハードディスクといった記録メディアは磁化された向きによって情報を記録します。 その他、磁石はリニアモーターカーの磁気浮上、リードスイッチやＭＲセンサーなどの非接触センサー、近接感知、 位置決め等の用途、磁気共鳴画像法といった医療用途にも利用されています。 永久磁石 あらゆる物質を構成している原子は原子核と電子から成り立っています。 電子は電荷を持つと同時に、スピンという性質を持ちます、 スピンとは電子の自転運動に相当するもので、これらの電子のスピン同士はお互いを打ち消しあおうとする性質を持ちますが、 打ち消しきれずに余ったスピンがあると、原子そのものが磁石としての性質を帯びます。 例えば、永久磁石を作る上で重要な物質である鉄、ニッケル、コバルトでは電子の軌道に余ったスピンが存在しているのです。 電磁石 電磁石とは、コイルに電流を流すことで磁界を発生させる機構です。 コイルに沿って伝導電子が回転運動することにより、 磁界を生じるのですが、このコイル中に強磁性体をおくと、 コイルにより生じた磁界をさらに強めることが出来ます。 超伝導と磁石 鉄などとは逆に、超伝導体に磁石を近づけると反発してしまいます。 超伝導体には磁場を排除しようとする性質があるためで、これによって磁石の上に超伝導体を浮上させることが出来ます。 医療に用いるＭＲＩ（磁気共鳴画像法）や磁気浮上式鉄道では強力な磁界が必要となりますが、これを実現できるような永久磁石は容易には存在しません。 また、電磁石で実現するためにはコイルに大電流を流す必要があり、銅などの低抵抗の配線材料を用いても、この電流による発熱に耐えることは出来ません。 この問題を解決するのがコイルに超伝導体を用いた超伝導電磁石です。 超伝導材料は電気抵抗が限りなくゼロに近いため、大電流を流しても発熱しないのです。 また、電気抵抗がゼロになれば、一度流し始めた電流が永続するということになり、これによって様々な夢のようなものが開発されるでしょう。 電磁エンジン・・・ もしかしたら、燃料のいらないジェット機や自家用車が登場するかも。 あるいは、空飛ぶ円盤も・・・ ？
|
 |
