磁石と磁極
棒磁石を半分に切ると、N極とS極をそれぞれ持つ2つの磁石になります。
北を指す極と南を指す極
棒磁石を糸でつるして自由に回るようにすると、一方の端がおよそ北を向きます。この端をN極、より正確には北を指す極といい、反対の端を南を指す極、S極といいます。棒形、馬蹄形、輪形、冷蔵庫に貼る薄いシート形など、どんな形の磁石にも両方の極があります。磁石が物を引きつける力は磁極で最も強くなります。そのため、クリップは棒磁石の両端に集まり、中央にはほとんどつきません。
2つの磁石を近づけたときの規則は簡単です。同じ極どうしは反発し、異なる極どうしは引き合います。N極とN極、S極とS極は反発し、N極とS極は引き合います。電荷にも似た規則がありますが、大きな違いが1つあります。次の節で見てみましょう。
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磁極だけを取り出すことはできません
正の電荷と負の電荷は分けられます。風船をこすると、それだけで負の電荷を余分に持つことができます。しかし、磁極は切り離せません。N極とS極を分けようと棒磁石の中央を切っても、それぞれの切り口に新しい極が一つでき、各半分が両方の極を持つ磁石になります。切り続けても同じで、鉄の原子1個にまで小さくしてもN極とS極があります。太陽の黒点は、磁極が反対の対として現れることがよくあります。
単独で存在する磁極を磁気単極子といいます。まだ見つかっておらず、物理学者は今も探しています。磁極は常に対で現れるため、現在は、あらゆる磁気は動く電荷から生じると考えられています。原子内の電子のスピンや運動、導線を流れる電流などです。第4単元では、電流を使って磁石を作ります。
磁石につく金属が限られる理由
冷蔵庫用の磁石は鋼鉄のドアにはつきますが、アルミニウムの鍋や銅の硬貨にはつきません。磁石に強く反応する物質はわずかです。こうした性質を強磁性といいます。英語のferromagneticは、鉄を意味するラテン語ferrumに由来します。鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウムや、鋼などの合金が強磁性を示します。ネオジムなどの希土類元素を含む一部の合金は、広く使われている永久磁石の中でも特に強力です。他の物質も磁石に反応しますが、その反応は非常に弱く、精密な測定器でなければわかりません。
鉄の内部には磁区という小さな領域があります。各磁区の中では、小さな磁石である原子が同じ向きにそろっています。ただし磁区どうしの向きはばらばらなので、全体の効果は打ち消し合います。磁石を近づけると、その向きにそろう磁区が成長し、ときにはミリメートルほどになり、他の磁区は縮みます。鉄は磁石になり、近づけた磁石に異なる極を向けるため、引き寄せられます。加熱や強い衝撃で磁区の向きは再び乱れます。キュリー温度という温度を超えると、鉄は強磁性を失い、常磁性体になります。鉄の場合は770 °C（1043 K）です。
| 磁石のN極 | 自由につるした磁石で北を指す端 |
| 磁極の規則 | 同じ極は反発し、異なる極は引き合う |
| 強磁性 | 磁石に強く反応する性質：鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム |
| 磁区 | 原子の磁石が同じ向きにそろう領域 |
| 鉄のキュリー温度 | 770 °C (1043 K) |
| 磁気単極子 | 単独で存在する磁極。未発見 |
- どの磁石にも、北を指すN極と南を指すS極があります。
- 同じ極は反発し、異なる極は引き合います。
- 磁極は分けられません。磁石を切ると2つの磁石になります。
- 鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウムは強磁性を示し、磁石の近くでは磁区の向きがそろいます。
- キュリー温度（鉄では770 °C）を超えると、鉄は強磁性を失います。
- 2つのN極を近づけると、どうなりますか？
- 反発する
- 引き合う
- 何も起こらない
- S極になる
- N極とS極を近づけると、どうなりますか？
- 引き合う
- 反発する
- 何も起こらない
- 位置が入れ替わる
- 棒磁石を半分に切ると、何ができますか？
- N極とS極をそれぞれ持つ2つの磁石
- 単独のN極と単独のS極
- 磁性のない金属片2つ
- 磁石1つと普通の鉄片1つ
- 磁石に強く引きつけられない金属はどれですか？
- アルミニウム
- 鉄
- ニッケル
- コバルト
- 英語のferromagneticの語源となったラテン語は、何を意味しますか？
- 鉄
- 石
- 北
- 磁石
- 鉄のキュリー温度は1043 Kです。°Cではいくつですか？（小数第1位まで。273.15を使ってください）
- 磁化していない鉄のくぎが磁石につくのはなぜですか？
- 磁区の向きがそろって磁石になり、近づけた磁石に異なる極を向けるから
- もともと永久的なN極があるから
- 鉄が正に帯電しているから
- 磁石がくぎを温めるから
- まだ観測されたことがないものはどれですか？
- 磁気単極子
- S極
- 馬蹄形磁石
- 磁区
- 磁石を強く加熱すると、どうなりますか？
- 磁区の向きが乱れ、磁力が弱まる
- 磁力が強まる
- 極が入れ替わる
- 銅になる
- ギルバートが『De Magnete』を出版したのは何年ですか？
- 1600
- 1492
- 1687
- 1820
このコースの出典 (16)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
- 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
- 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
- 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
- 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
- 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
- NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
- NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
- 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
- inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
- north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
- last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
- NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
- NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
- USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
- APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.
確認日: 2026-10-17