磁化又は磁化はベクトル量でありされ、また、磁化ベクトル強度としても知られています。これはMで表され、単位体積Vあたりの磁気モーメントmとして定義されます。数学的には、次のように表されます。
M = d m / dV
国際単位系SIの単位Mは、磁場Hの単位と同じアンペア/メートルです。太字の表記は、これらがスカラーではなくベクトルであることを示しています。
図1.リング状のフェライト磁石。出典：ウィキメディア・コモンズ。
さて、物質や物質の磁気モーメントは、原子内部の電荷の動きの現れであり、基本的には電子の動きです。
原則として、原子内の電子は、電流の小さな閉回路として想像できますが、原子核の周りの円軌道を描きます。実際には、電子は原子の量子力学モデルに従ってこのように振る舞うことはありませんが、磁気効果に関する限り、これと一致します。
さらに、電子はそれ自体の回転に類似したスピン効果を持っています。この2番目の動きは、原子の全磁性にさらに重要な貢献をもたらします。
材料が外部磁場内に配置されると、両方の寄与の磁気モーメントが整列し、材料内に磁場を作成します。
着磁方法
材料を磁化するとは、一時的または永続的に磁気特性を付与することを意味します。しかし、これが発生するためには、材料が磁気に適切に応答する必要があり、すべての材料がそうするわけではありません。
それらの磁気特性と、磁石などの外部磁場に対するそれらの反応に応じて、材料は3つの大きなグループに分類されます。
-反磁性
-常磁性
-強磁性
すべての材料は反磁性であり、その応答は、外部磁場の中央に置かれたときの弱い反発で構成されます。
常磁性は、一部の物質に典型的なものであり、外部磁場に対してそれほど強くはありません。
ただし、強磁性体は、すべての磁気応答が最も強いものです。マグネタイトは、古代ギリシャで知られている天然の磁石である酸化鉄です。
図2.ブラジル産のマグネタイトまたはロードストーン。出典：ウィキメディア・コモンズ。
以下で説明する磁化方法は、望ましい効果を達成するために良好な磁気応答を備えた材料を利用します。しかし、ナノ粒子レベルでは、通常は顕著な磁気応答を持たない金属である金を磁化することも可能です。
強磁性体を磁化する方法は？
材料が一片のマグネタイトなどの天然磁石でない限り、それは一般に減磁または減磁されます。これは、磁性材料の別の分類につながります。
- 永久磁石であるハード。
- ソフトまたはスウィート。永久磁石ではありませんが、磁気応答が良好です。
- セミハード、上記の中間的な特性を持っています。
強磁性体の磁気応答は、磁区がランダムに配置された磁化ベクトルを持つ領域である磁性体の内部に配置されているためです。
これにより、磁化ベクトルがキャンセルされ、正味の磁化がゼロになります。このため、磁化を作成するには、永久的または少なくともしばらくの間、磁化ベクトルを整列させる必要があります。このようにして、材料は磁化されます。
これを実現する方法はいくつかあります。たとえば、以下に詳述するように、誘導磁化、接触、摩擦、冷却、さらには物体にぶつかることです。
例
選択する磁化方法は、手順の材料と目的によって異なります。
人工磁石は、さまざまな機能のために作成できます。現在、磁石は工業的に磁化されており、非常に注意深いプロセスに従っています。
誘導磁化
この方法では、強力な電磁石のような強い磁場の真ん中に磁化される材料が配置されます。このようにして、ドメインとそれぞれの磁化は、外部磁場とすぐに整列します。その結果、材料が磁化されます。
材料によっては、このようにして得られた磁化を永続的に保持することも、外部磁場が消えるとすぐにそれを失うこともあります。
ラビング磁化
この方法では、磁化する材料の一端を磁石の極でこする必要があります。これは同じ方向で行わなければならないため、こすった領域は反対の極性になります。
これにより、材料のもう一方の端で反対の磁極が作成され、物質が磁化されるように、磁気効果が作成されます。
接触磁化
接触磁化では、磁化される物体が磁石に直接接触して、磁化を獲得する必要があります。磁化されるオブジェクトのドメインの整列はカスケード効果として発生し、接触している端から他の端にすばやく到達します。
接触磁化の典型的な例は、永久磁石にクリップを取り付けることです。磁石は磁化され、他のクリップを引き付けてチェーンを形成します。また、ニッケルコイン、釘、鉄片にも使用できます。
しかし、最初のクリップ、釘、またはコインが磁石から取り除かれると、永久的な磁化を生成できる本当に強力な磁石でなければ、他のクリップの磁化は消えます。
磁化する電気的方法
磁化される材料は、電流が流れる導電性ワイヤーで包まれています。電流は、磁場を生成する移動電荷にすぎません。この磁場は、内部に配置された材料を磁化する役割を果たし、結果として生じる磁場を大幅に増加させます。
このようにして作成された磁石は、回路を切り離すだけで、自由にアクティブ化および非アクティブ化でき、さらに、電流を流すことで磁石の電力を変更できるという事実に加えて。それらは電磁石と呼ばれ、簡単に重い物体を動かしたり、非磁性材料から磁性体を分離したりできます。
打撃による磁化
鉄製の棒や金属製のファイリングキャビネットは、磁場の中で内部を叩くと磁化されます。一部の地域では、地球の磁場はこの効果を達成するのに十分強いです。地面に垂直に当たる鉄の棒は、地球の磁場に垂直成分があるため、磁化される可能性があります。
磁化は、バーの上に配置されたコンパスでチェックされます。ファイリングキャビネットの場合、十分な決意を持って引き出しを開閉するだけで十分です。
ブローは、材料内の磁区の秩序を破壊するため、磁石を消磁することもできます。熱も同じ効果があります。
冷却による磁化
地球の内部には玄武岩溶岩などの物質があり、磁場の存在下で冷却されると、その磁場の磁化が保持されます。これらの種類の物質を調べることは、地球が作成されて以来、地球の磁場がその向きを変えた証拠です。
参考文献
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