特定の物質は、価電子殻に不対電子を含んでいるため、磁性を持っています。これらの不対電子は、磁場を生成する役割を果たします。強磁性体は最も磁化されやすく、常磁性体がそれに続きます。反磁性体は、最も磁化されにくい素材です。アルミニウムは通常の状況下では磁性を持ちませんが、非常に低い温度では弱い磁性を示すことがあります.
自然界に見られるすべての壮大な驚異の中で、磁石は本当に最も輝かしいものの 1 つです。基礎となる現象である磁気は、電気とともに、宇宙のすべての現象を説明する 4 つの基本的な力の 1 つを形成します。
磁石と聞いて真っ先に思い浮かぶのはコンパス。磁場の存在下で震える針は、アルバート・アインシュタインを魅了したものであり、アインシュタインは青年期に父親からこの針を贈られました。このたった 1 つの出来事が、神秘的または不明瞭な自然のあり方への彼の紹介であると考えられています。
このたった一つの出来事が、彼の好奇心を刺激し、極小の原子の無計画な動きから天体の動きを支配する力の解明まで、幅広い現象の根底にあるメカニズムを明らかにすることに彼の全人生を捧げることを余儀なくさせた.
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このアイデアに共鳴するもう 1 つの単純なオブジェクトは、鉄です。この金属は、磁石と容易に関連付けられるものです。ピジョンホールを通して鉄の挙動を観察すると、その磁気特性は、その高い導電性に由来する偶然の贈り物であると結論付けることができます.
しかし、導電性に関しては、アルミニウムはそれほど遅れていません。では、なぜアルミニウムは鉄のように磁石に向かって飛び出さないのでしょうか?これはアルミニウムが磁性を持たないことを意味しますか?さらに言えば、何が鉄を磁性にしているのでしょうか?
まず、なぜ特定の要素が磁石と浮気しがちで、他の要素がそうでないのかを理解する必要があります.このためには、もっと深く掘り下げる必要があります…もっと深く。
アルミニウムは磁石ですか?
通常、アルミニウムは非磁性です。アルミニウムの磁性の欠如は、その結晶構造に起因する可能性があります。アルミニウム、マグネシウム、リチウムは、常磁性体の顕著な例です。
磁界の強さに関して言えば、アルミニウムのシートは冷蔵庫の磁石に引き付けられないかもしれませんが、高品質の磁石が厚いアルミニウム パイプに投げ込まれると、その磁気の色合いを観察できます。
漂う磁石は、迂回するアルミニウムの双極子を刺激し、生成された磁場を反発します。その結果、磁石の落下速度が遅くなります!
パウリの排除原理:双極子と磁性
マクスウェルの方程式は、電場が磁場に形を与え、逆もまた同様であることを教えてくれます。ただし、さまざまであることに注意する必要があります。 加速 導体の存在下での電荷または可動磁石。
電子はエネルギー シェル内で静止していないことが観察されていますが、 回転 彼らの軸に。この回転、この動きは、正式には電子のスピンとして知られています 、磁場を発生させるものです。また、磁力線は、池に落とされた石の波紋のような同心円ではありません。
それらの方向性は、電場の磁力線とは異なり、発生源から遠く離れて、まっすぐに向かうことはありません。彼らは頭から始まり、足で終わり、やや豆のような形を形成します.このタイプのジオメトリは、2 つの極の印象を与えます 職場で;したがって、磁石は双極子です。 一方、さざなみ電場で放射する電荷は、モノポールとして知られています。
そのため、磁場を発生させる回転する電子は、磁気双極子の作用として認識できます。磁気を支配するもう 1 つの原則は、パウリの排除原則です。 .原理によれば、異なるエネルギー準位は、反対方向に回転している場合、2 つの電子のみを収容できます。
これら 2 つの重要な要素によって、元素の磁力が決まります。材料は、磁化されやすいかどうかによって 3 つのタイプに分類できます。
反磁性
反磁性は、反対方向に回転する 2 つの電子が互いの磁気能力を無効にし、正味ゼロの磁場を生成するときに発生します。これらの物質は、対電子で満たされたエネルギー準位を持っています。
反磁性材料は、外部磁場をはじきます。反磁性体が磁場の中で溺れているのを観察すると、岩の周りを水が流れているように見えます。外部磁場にある場合、その双極子はこの適用された磁場の反対方向に整列し、効果を無効にします。これらの材料は、永久磁石に付着することにまったく関心がありません.
反磁性は、鉄を含むすべての物質に共通する性質です。これは反磁性効果として知られています。しかし、例えば鉄のような磁性材料の場合、その寄与は無視できる程度のものです。注目すべき反磁性体には、ビスマス、水銀、水、金などがあります。
強磁性
強磁性体は、価電子殻に不対電子を含む元素です。その磁場を無効にする他の電子がないため、数兆個の原子にこの単一の電子が存在することは、材料の全体的な磁場強度に大きく貢献します。
これに加えて、強磁性材料の組成は、その双極子が同胞と正確に平行に、または適用された磁場の方向に直接整列するようなものです。双極子は 10^12 または 10^15 のオーダーであり、磁区として集合的に知られる別個の領域に圧縮されます。 次に、各双極子によって寄与される磁気成分が合計されて、非常に粘り強い磁場が生成されます。
強磁性体は、物理的な磁石に引き寄せられやすく、引き寄せられやすい性質を持っています。実際、一時的な期間、外部磁場が取り除かれても、材料は磁石のように振る舞い続けます。最も顕著な例は、鉄、コバルト、ニッケルです。
常磁性とキュリー温度
最後に、常磁性体は、強磁性体と非常によく似た組成を持つ材料です。それらは、部分的に満たされたエネルギー軌道に不対電子を含んでいますが、主な違いは、それらの双極子のすべてが適用された磁場の方向に整列しているわけではないということです.
整列していない双極子は、整列した双極子によって作成された磁場を妨げます。この特異性により、常磁性材料は外部磁場を好むようになりますが、それはある程度までです。簡単に言えば、非常に弱い磁石のように振る舞います。これらの物質は永久磁石に弱く引き付けられる傾向があり、外部磁場が除去されるとすぐに反磁性に戻ります。
双極子の整列に関する不一致は、新たに遭遇した磁気エネルギーに対するランダム化された熱エネルギーの勝利によって引き起こされます。これは、低温では常磁性体が強い磁石をエミュレートする傾向があるためです。
温度と常磁性材料の磁気特性との間のこの関係は、キュリーの法則によって決定されます。キュリー温度として知られる非常に高い温度では、材料の磁気力のあらゆる点が消滅します。この挙動は強磁性体でも見られます。
