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磁石の性質

磁性材料/磁性体の区分

磁気的な性質を利用する材料を磁性材料といいます。
例えば「録音用の磁気テープや磁気ディスク」「永久磁石」「力を加えて回転すると電気が発生する発電機」などが身近な使用例として挙げられます。これらは電気と磁気の作用の応用であって、このような機器には必ず磁性材料が使用されています。

一言に磁性材料と言っても「強磁性体」「弱磁性体」「反磁性体」「常磁性体」など様々な特色をもった磁性体があります。

A. 強磁性体 磁石に吸着する材質
(例:鉄、コバルト、ニッケル)
B. 弱磁性体 磁石に吸着しない材質で、厳密には以下の2種類に分類される。
B-1. 反磁性体 磁気を近づけると反発する
(例:ヘリウム、ネオン、水素、金、銀、銅、亜鉛、水銀、ビスマス)
   B-2. 常磁性体 磁化の度合が強磁性体の数万分の1~数千万分の1
(例:酸素、ナトリウム、アルミニウム、クローム、白金)
強磁性体と反磁性体

上区分でおわかりいただけるように、磁力を実用化している工業製品のほとんどは「強磁性体」を磁性材料として使用しています。

当社を含め、磁石販売サイトには製品区分としてよく「ネオジム/サマリウム・コバルト(サマコバ)/フェライト/アルニコ」の区分名が出てきます。
これらはすべて、磁性体となる合金の名称です。
つまり磁石製品は現在
  磁性材料(=素材)名由来から製品ジャンル区分されるのが一般的
と理解いただいてよいでしょう。



磁性の原理(電子スピン)

力の根本になる電子スピンとはどういうものでしょうか?
電子スピンとは素粒子の持つ基本的な性質のひとつで、電子は磁界内で力を受けることが発見され、電子が回転しているように見えることからスピンと名付けられています。
強磁性元素の原子構造

強磁性元素の原子構造
原子核のまわりを電子が右回りスピンと左回りスピンにそれぞれペア(対)になりながら回ります。
しかし鉄の場合左回りスピン5、右回りスピン1という変則軌道が存在するため4個の電子はペアを組む相手がありません。
この様な電子を不対電子と呼びます。
そして4個の電子は回転方向が同じなので、この分だけ電子磁石としての働きが外に現れることになります。



磁石の基本的性質

そもそも磁石とはどのようなものでしょうか?
鉄をくっつける、南北を指すなど一般的に知られてはいますが深く調べると、ある法則にたどり着き、吸引力、反発力の方程式も現れてきます。

磁石には必ずN極とS極が存在します。 逆にN極だけ、S極だけの磁石は存在しません。
そして異極間では吸引力が働き、同極間では互いに離れようとする反発力が作用します。



クーロン力

プラスチック製の下敷きで頭髪をこすり、下敷きを少し持ち上げると、髪の毛が下敷きに向って立ったり、吸い付いたりします。
これは下敷きと髪の毛の間に引き合う力が働いているからです。
この引き合う力の根源が「電荷」と呼びます。
髪の毛と下敷きを摩擦することにより、一方がプラスの電荷に他方がマイナスの電荷を帯びます。
プラスの電荷とマイナスの電荷は引き合うので、髪の毛と下敷きが引き合うこの現象をクーロン力といいます。

吸引力、又は反発力の計算式は次のとおり
吸引力、又は反発力の計算式
クーロン力の伝わり方には、規則があります。 クーロン力の大きさは電荷の積に比例し、距離の二乗に反比例します。
この規則をクーロンの法則といいます。
クーロンの法則というと静電気の力の説明でなされることが多い法則ですが、磁力においてもまったく同じ法則が成立しています。


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