磁石につく金属でどうして鉄はくっついて、アルミはくっつかないの？
磁石(じしゃく)でくっつくものと言えば、もっとも知られているのが「鉄(てつ)」になります。
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皆さんが小学校の頃、鉄でできた釘(くぎ)やクリップなどを使って、磁石にくっつけて実験(じっけん)したのではないでしょうか。
磁石(マグネット)は、２つの極性(Ｎ極とＳ極)を持ち、双極性(そうきょくせい)の磁場(じば)を発生させる源(みなもと)になる物体のことで、鉄などを引き寄せる性質を持っています。
異(こと)なる局(きょく)は互いに引き合い、同じ極同士は反発する性質(せいしつ)をもっています。
磁極(じきょく)には、Ｎ極とＳ極の２つがあり、これらは単独で存在することはなく、必ず両極が一緒になって磁石を形成しているのです。
(磁石_dak)
「鉄」以外にも、「コバルト」、「ニッケル」といった金属(きんぞく)が磁石にくっつきますが、こうして磁石にくっつく金属を「強磁性体(きょうじせいたい)」と言います。
(強磁性体の性質_Ne320×255)
金属は、顕微鏡(けいびきょう)で拡大すると「原子(げんし)」と「電子(でんし)」があります。
中でも電子はいろいろな方向に回っていて、地球が太陽の周りを回っているように、電子は原子核(げんしかく)の周りを回っています。
磁石をくっつけると、その電子が同じ方向になって、磁石が金属にくっつくことになるのです。
銅やアルミなどは、磁石を近付けても、この電子の方向がそろわないで、ばらばらになっている状態なので、磁石をくっつくけてもくっつかないことになります。
磁石そのものは、「永久磁石(えいきゅうじしゃく)」と言って、鉄のように外部から磁場の供給を受けることなく、Ｎ極とＳ極が分かれていて、磁石として比較的長期にわたって保持し続けています。
○磁力が「鉄」を磁石にしている！
鉄は、通常原子の集団がバラバラになっているので、磁石のように、Ｎ極とＳ極に分かれていないのです。
ここに磁石を近付けると、磁石から発生する「磁力(じりょく)」によって、原子の集団が同じ方向に向くようになります。
(磁石_学研キッズネット)
すると、磁石のようにＮ極とＳ極に分かれた状態になるため、鉄自体が磁石となって、くっつくことになるのです。
つまり、鉄が磁石にくっつくのは、磁石の磁力によって、鉄全体も磁石となっているから、くっつくことになります。
(磁石_コトバンク)
磁石にくっついたクリップを、他のクリップに近付けると、どんどん引き寄せられて、くっついていきます。
これもクリップ自体が磁石に変化しているからなのです。
ドライバーの先端を、永久磁石によって、磁気化するとネジなどをくっつけて、とても便利に使うことができます。
(ドライバーを磁気化)
しかし、磁力が弱いため長くは磁力を保持することはできません。
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○コイルの中で磁石を動かすと電気が発生する！？
電線をぐるぐる巻いたものを「コイル」と言います。
このコイルのそばで磁石を動かすと、コイルの両端には電気が発生します。
コイルのそばで磁力の変化があると、コイルの両端には電気が発生することを、「電磁誘導(でんじゆうどう)」と言います。
(電磁誘導-発電の原理_四国電力)
発生する電気の大きさ(電圧)は、磁力の大きさやコイルの巻き数に関係します。
皆さん「フレミング左手の法則」という言葉を聞いたことはないでしょうか。
これは、ジョン・フレミングによって考案(こうあん)された、磁場内(じばない)において、電流の流れる導体に力が発生する現象で、それぞれの向きの関係を示したものです。
左手のそれぞれの指を、電流と磁力と力に見立てたものになります。
人差し指の方向に磁力線が走っているときに、中指の方向に電流を流すと、親指の方向に力が働くこというものです。
(フレミングの左手の法則_受験のミカタ)
この原理を応用したものが、夢の超特急「リニアモーターカー」となります。
リニアモーターは、円筒状の交流モーターを帯状(おびじょう)に展開(てんかい)し、回転運動(かいてんうんどう)の代わりに直線運動(ちょくせんうんどう)をするようにしたものです。
リニアモーターカーは、車両の電磁石(でんじしゃく)と、軌道上(きどうじょう)の推進用(すいしんよう)コイルの間で、反発と吸引力によって、進むことができます。
(超電導リニア_岐阜県)
レールの上で車輪を回して走らせる新幹線(しんかんせん)に比べて、摩擦抵抗(まさつていこう)が少ないリニアモーターカーは、６００ｋｍ／ｈを記録しています。
新幹線の最高速度(さいこうそくど)が２００ｋｍ／ｈとすると、その３倍の速度になるわけです。
営業運転の速度は、５００ｋｍ／ｈとなるようですが、東京－大阪間を６７分で走行することになると言われています。
今まで２時間半～３時間かかっていたのが、６７分ということになり、通勤圏内となる日も間近となっています。
○まとめ
・磁石でくっつくものと言えば、もっとも知られているのが「鉄」である。
・磁石は、２つの極性(Ｎ極とＳ極)を持っている。
・異なる局は互いに引き合い、同じ極同士は反発する性質をもっている。
・「鉄」以外にも、「コバルト」、「ニッケル」といった金属が磁石にくっつく。
・磁石をくっつけると、その電子が同じ方向になって、磁石が金属にくっつくことになる。
・銅やアルミなどは、磁石を近付けても、電子の方向がそろわないで、磁石をくっつくけてもくっつかない。
・磁石そのものは、「永久磁石」と言う。
・コイルの中で磁石を動かすと電気が発生する。
・コイルのそばで磁力の変化があると、コイルの両端には電気が発生することを、「電磁誘導」と言う。
・「フレミング左手の法則」で説明できる。
・人差し指の方向に磁力線が走っているときに、中指の方向に電流を流すと、親指の方向に力が働くこというもの。
・この原理を応用したものが、夢の超特急「リニアモーターカー」となる。
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