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磁石は時間の経過とともに磁力を失いますか?

<ブロック引用>

はい。永久磁石は、熱、機械的損傷、腐食、および不適切な保管により、時間の経過とともにごくわずかな量の磁気を失います.

ウィスキー、デニム、革のブーツやジャケット、401(K)、さらに厄介なアレルギーなどは、時間の経過とともに改善することが知られていますが、磁石については同じではありません。

冷蔵庫の磁石は数年で外れてしまうことが知られており、おもちゃの磁石も同様に時間の経過とともに強度が低下します。実際には、いわゆる「永久磁石」は真の永久磁石ではありません。

減磁 (磁石の磁気能力を低下または排除するプロセス) は、一般に人為的に行われますが、自然に発生することもあります。

極端な温度変動、機械的損傷による体積の損失、不適切な保管、ヒステリシス損失、および腐食はすべて、長期間にわたって磁石の磁気を失う原因となります.

マグネットは長期間使用すると強度が低下する場合があります。 (写真提供:Jan H Andersen/Shutterstock)


磁気

磁石が磁力を失う方法について詳しく学ぶ前に、そもそも何が原因なのかを理解しようとしましょう。

磁気は、自然の 4 つの基本的な力の 1 つであり、荷電した亜原子粒子、特に電子の運動から生じます。これらの負に帯電した粒子は、自身の軸を中心に回転しながら、原子核の周りを常に周回しています。正式には電子スピンとして知られている 2 つの運動の後者は、固有の特性であり、私たちが磁性と呼ぶ引力または反発力の生成に大きく貢献します。

簡単に言えば、公転運動と自転運動によって電流(電子の流れ)が発生し、個々の電子が小さな磁石のように振る舞う(電磁気)と考えられます。これらの動きのそれぞれが独自の磁気双極子 (軌道磁気双極子モーメントとスピン磁気双極子モーメント) を作成し、結合して正味の原子磁気双極子モーメントを生成します。

(核子、陽子、中性子もそれらの軸を中心に回転し、原子の正味の磁気モーメントに追加されますが、それらの寄与は電子の効果の 1000 分の 1 であり、したがって無視できます。)

軸を中心とした電子のスピンは、磁性の主な原因であることが知られています。

パウリの排除原則

では、各電子が小さな磁石であり、すべての物質に数兆個の電子が含まれているとしたら、なぜ私たちの周りのすべてのものは磁性を帯びていないのでしょうか?

答え – ほとんどの電子は互いの磁性を相殺するからです。

パウリの排他原理によると、同じ軌道殻に存在する電子は反対のスピンを持っているため、互いの磁気能力を打ち消し合います。鉄やコバルト (強磁性体) などの特定の元素では、最後の原子価殻は半分しか満たされておらず、不対電子を含んでいます。

それらを中和する反対の電子がないため、これらの不対電子は集合的にそれぞれの原子に磁力を与えます.

結晶を形成するとき、原子は内部エネルギーが最小になる結果に応じて、磁気モーメントを同じ方向に揃えるか、揃えないかのいずれかになります。個々の磁気モーメントが互いに平行 (整列) している領域は、磁区と呼ばれます。 .

適用された外部磁場に対するこれらのドメインと個々の原子の応答は、さまざまな磁性材料 (磁性材料の種類) の分類の基礎を形成します。

外部磁場を加えた後、すべての磁区が同じ方向に整列すると、要素または材料は永久磁石のように振る舞い始めます。

強磁性材料の磁区は、外部磁場の存在下で整列し、永久磁石として機能します。

磁気損失の原因は?

ドメインが正確に整列していない限り、磁性体は真の磁性体ではありません。単一ドメインの方向が変わると、正味の磁力が失われる可能性があります。さまざまな自然要因により、これらのドメインがランダム化される可能性があります。最も一般的で破壊的なものは過度の熱です。

表面上はすべてが静かに見えるかもしれませんが、顕微鏡レベルでは、原子は常に振動しています。振動の程度は、温度に依存するエネルギー状態に依存します。温度のわずかな変動が原子振動の強度に影響を与え、その結果、全体の磁気強度に影響を与えます。温度が下がると磁石の磁力が大きくなり、温度が上がると逆効果になります。

高温にさらされると、磁石内の原子は振動を加速し、激しく振動します。これにより、一部の磁区がずれてしまい、正味の磁性が低下します。十分に高い温度では、すべての磁区が不整列に押し込まれ、磁気が完全に失われます。磁石が永久磁石の能力を失う温度は、キュリー点またはキュリー温度として知られています。

温度と磁気

磁石は、キュリー点以下の温度に加熱してから冷却すると、その磁気特性を回復します (ただし、強度がわずかに低下する場合があります)。ただし、キュリー点を超えて加熱した後に冷却しても、磁性は回復しません。その場合、外部磁場を導入してドメインを再整列させ、材料を再び磁化する必要があります。

熱の適用は消磁の主要な方法の 1 つですが、そのような高レベル (フェライト磁石 ~ 460°C、アルニコ磁石 ~ 860°C、サマリウム コバルト磁石 ~ 750°C、およびネオジム磁石 ~ 310°C) への暴露。日常生活では珍しい。磁気の自然損失は、主に他の要因の 1 つが原因で発生します。

不適切な保管

些細なことのように思えるかもしれませんが、マグネットの適切な保管は、時間の経過とともに強度を失わないようにするために不可欠です (また、クレジット カード、ハード ドライブ、モニターなどの磁気メディアを損傷しないようにするためです)。 /P>

ほとんどの磁石には、酸素と水の存在下で腐食することがよく知られている元素である鉄の健康的な量が組み込まれています.最も一般的に使用されている強力な永久磁石であるネオジム磁石は、鉄分が多い (60% 以上) ため、最も腐食しやすいものでもあります。腐食は、材料を磁性にする基礎となる化学構造 (Fe → Fe2O3) を変化させるため、全体的な強度の低下につながります。メーカーは防食コーティングを取り入れ始めていますが、磁石を保管するときは注意が必要です.

ネオジム磁石は大気中に放置すると腐食しやすくなります。 (写真提供:マンゴー チャツネ/ウィキメディア コモンズ)

別の(より強力な)磁石の近くに誤って配置された磁石も、その磁気の一部またはすべてを失う可能性があります.強い磁石は弱い方の磁区の方向を変えさせるため、異なる磁石の同様の極が互いに接触する (または近接する) ことは決して許されません。場合によっては、極が完全に逆転することがあります。この外部 (漂遊) 磁場による磁気の損失は、ヒステリシス損失として知られています。この現象の詳細については、こちらをご覧ください – ヒステリシス曲線とは?

構造的損傷

最後に、一般的なサイズの縮小や構造上の損傷も、磁気強度の低下を引き起こします。明らかに、同じ材料組成の磁石によって生成される磁場は、磁石のサイズに依存します。磁石が大きいほど、生成される磁場は大きくなります。チッピングの形での構造的損傷は、磁石のサイズを奪い、その結果、その磁力を奪います。

さらに、磁石を繰り返しハンマーで叩いたり、固い表面に落としたりするなどの鋭い衝撃は、磁区の整列を強制的にずらし、磁気を減少させる可能性があります。ただし、これは特定の永久磁石にのみ当てはまります。ネオジム、サマリウムコバルト、フェライトの磁石は非常にもろく、硬い面に落としたりハンマーで叩いたりすると割れてしまいます。一方、アルニコ磁石は非常に強力で、機械的ストレスを受けても壊れたり割れたりしません.

最後の言葉

磁石の寿命を延ばし、磁気強度の損失を防ぐために、乾燥した隔離された場所に磁石を保管してください。複数の磁石を一緒に保管する場合は、1 つの北端を別の南端に貼り付けます。馬蹄形マグネットもこのように収納できます。さらに、キーパー (アーマチュア) (鉄または鋼の小片) を使用して、自己減磁を回避し、完全に損傷しないようにすることを検討してください。

複数の力が共謀して磁石の力を奪いますが、長期にわたる磁気の正味の減少は非常にわずかです。たとえば、サマリウム コバルト磁石は自然に半分の強度を失うのに約 700 年かかりますが、ネオジム磁石は 1 世紀ごとに約 5% の磁気を失うだけです。

ですから、現在あなたの引き出しにある永久磁石は、あなたにとって一生ものであり、家族の家宝として孫に受け継がれることさえあります!


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