磁化が材料の磁気状態を説明するベクトル量であり、単位体積当たりの双極子磁気モーメントの量として定義されます。鉄やニッケルなどの磁性材料は、双極子と呼ばれる多くの小さな磁石で構成されていると考えることができます。
通常、これらの双極子は、北と南の磁極を持ち、材料の体積内にある程度の無秩序で分布しています。無秩序は、鉄などの強い磁気特性を持つ材料では少なく、磁性があまりない他の材料では大きくなります。
図1.磁気双極子が材料の内部にランダムに配置されています。出典：F. Zapata
しかし、ソレノイド内で生成されるような外部磁場の中央に材料を配置することにより、双極子は磁場に従って配向され、材料は磁石のように振る舞うことができます（図2）。
図2.電流Iが流れるソレノイドの内部に、たとえば鉄片などの材料を配置すると、この磁場によって材料の双極子が整列します。出典：F. Zapata
してみましょうMがあることのように定義された磁化ベクトル、：
ここで、材料の磁化の強さ、つまり外部磁場Hに浸された積はこれに比例します。
M ∝ H
比例定数は材料に依存し、磁化率と呼ばれ、χと表されます。
M =χ。H
国際システムにおけるMの単位は、Hの単位と同様にアンペア/メートルであるため、χは無次元です。
軌道およびスピン磁気モーメント
磁性は電荷の移動から発生するため、原子の磁性を決定するには、原子を構成する荷電粒子の動きを考慮する必要があります。
図3.原子核の周りの電子の動きは、軌道磁気モーメントによって磁気に寄与します。出典：F. Zapata
原子核を周回していると考えられる電子から始まり、それは小さなループ（閉回路または閉電流ループ）のようなものです。この運動は、次のような大きさの軌道磁気モーメントベクトルmにより、原子の磁性に寄与します。
ここで、Iは現在の強度、Aはループで囲まれた領域です。したがって、国際システム（SI）におけるmの単位は、アンペアx平方メートルです。
ベクトルmは、図3に示すように、ループの平面に垂直であり、右手の法則で示されるように方向付けられます。
親指は電流の方向を向いており、残りの4本の指は上向きにループを包みます。この小さな回路は、図3に示すように、棒磁石に相当します。
スピン磁気モーメント
軌道磁気モーメントは別として、電子はそれ自体が回転しているように振る舞います。これは正確にはこの方法では発生しませんが、結果として生じる効果は同じであるため、これは原子の正味の磁気モーメントを考慮する必要がある別の寄与です。
実際、スピン磁気モーメントは軌道モーメントよりも強く、主に物質の正味の磁性を担っています。
図4.スピン磁気モーメントは、材料の正味の磁化に最も寄与するモーメントです。出典：F. Zapata
スピンモーメントは、外部磁場の存在下で整列し、隣接するモーメントと連続して整列するカスケード効果を生み出します。
すべての材料が磁気特性を示すわけではありません。これらは、反対のスピンを持つ電子がペアを形成し、それぞれのスピン磁気モーメントを打ち消すためです。
ペアになっていないものがある場合のみ、全磁気モーメントに寄与します。したがって、奇数個の電子を持つ原子だけが磁性を持つ可能性があります。
原子核の陽子も、スピンとそれに関連する磁気モーメントを持っているため、原子の全磁気モーメントにわずかに寄与します。
しかし、これは質量に反比例し、陽子のそれは電子のそれよりもはるかに大きいです。
例
電流が流れるコイルの内部に均一な磁場が発生します。
そして、図2で説明したように、そこに材料を配置すると、これの磁気モーメントはコイルの磁場と整列します。正味の効果は、より強い磁場を生成することです。
変圧器は、交流電圧を増減するデバイスであり、良い例です。それらは、軟鉄コアに巻かれた2次コイル（1次コイルと2次コイル）で構成されています。
図5.トランスのコアで正味の磁化が発生します。出典：ウィキメディア・コモンズ。
変化する電流は、コア内の磁力線を交互に変更する一次コイルを通過し、次に、二次コイルに電流を誘導します。
振動の周波数は同じですが、大きさが異なります。このようにして、より高いまたはより低い電圧を得ることができます。
コイルを中実の鉄心に巻く代わりに、ワニスで覆われた金属シートの詰め物を置くことが好ましい。
その理由は、コアの内部に渦電流が存在するためであり、コアを過熱する効果がありますが、シートに誘導される電流は低くなるため、デバイスの加熱が最小限に抑えられます。
ワイヤレス充電器
携帯電話や電動歯ブラシは、ワイヤレス充電または誘導充電として知られている磁気誘導によって充電できます。
これは次のように機能します。ベースまたは充電ステーションがあり、ソレノイドまたはメインコイルがあり、そこに変化する電流が流れます。別の（2次）コイルがブラシハンドルに取り付けられています。
次に、ブラシが充電ステーションに配置されると、1次コイルの電流がハンドルのコイルに電流を誘導します。これにより、ハンドルにもあるバッテリーの充電が処理されます。
誘導電流の大きさは、鉄であるかもしれない強磁性体のコアが主コイルに置かれるとき増加します。
一次コイルが二次コイルの近接を検出するために、システムは断続的な信号を発信します。応答が受信されると、説明されているメカニズムがアクティブになり、ケーブルを必要とせずに電流が誘導され始めます。
磁性流体
物質の磁気特性のもう1つの興味深い用途は、磁性流体です。これらは、有機または水でさえある液体媒体に懸濁されたフェライト化合物の小さな磁性粒子で構成されています。
粒子は、それらの凝集を防ぐ物質でコーティングされているため、液体中に分散したままです。
アイデアは、液体の流動性がフェライト粒子の磁性と組み合わされ、それ自体は強い磁性ではないが、上記のように外部磁場の存在下で磁化を獲得するというものです。
取得した磁化は、外部磁場が取り除かれるとすぐに消えます。
磁性流体はもともとNASAによって開発されたもので、重力を使わずに宇宙船内で燃料を動かし、磁場を利用して衝撃を与えます。
現在、磁性流体には多くの用途があり、一部はまだ実験段階にあります。
-スピーカーとヘッドフォンのマフラーの摩擦を減らします（残響を避けます）。
-異なる密度の材料の分離を可能にします。
-ハードドライブのシャフトのシールとして機能し、汚れをはじきます。
-がん治療として（実験段階）。磁性流体が癌細胞に注入され、小さな電流を生成する磁場が適用されます。これらによって発生した熱は、悪性細胞を攻撃して破壊します。
参考文献
- ブラジルの物理学ジャーナル。磁性流体：プロパティとアプリケーション。リカバリ元：sbfisica.org.br
- Figueroa、D.（2005）。シリーズ：理工学のための物理学。ボリューム6。電磁気。ダグラスフィゲロア（USB）によって編集されました。215-221。
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