磁石とは｜定義と磁気の原理・永久磁石と電磁石の種類
磁石とは何かを基礎から解説。磁気の原理、永久磁石と電磁石の違いや種類、作り方・用途まで図解でわかりやすく紹介。
磁石は特殊な金属です。 正確には、磁石とは周囲に磁場を生じさせる物体や材料のことを指します。磁石は必ずしも「金属」だけとは限らず、合金やセラミック（フェライト）、希土類元素を含む材料など様々な形で存在します。磁石には必ず2つの極、すなわちN極（北極）とS極（南極）があり、異なる極は引き合い、同じ極は反発します。磁場は目に見えませんが、磁力線という概念で表され、コンパスの針や鉄粉を使ってその向きや強さを観察できます。
磁気の仕組み（簡単な説明）
磁性は原子レベルの電子のスピンと軌道運動に由来します。多くの物質ではこれらの方向は互いに打ち消し合いますが、
強く並んでいる領域（磁区／磁気ドメイン）が多数存在する材料は全体として磁気を示します。こうした材料を強磁性体と呼び、外部からの処置（磁化）によって磁化の方向が揃うと永久磁石になります。磁化を乱す（熱・衝撃・逆向きの磁場を与える）と磁性は弱まります。
軟質磁石と電磁石
軟質磁石（または不永久磁石）は、電磁石によく使用されます。 軟質磁性材料は磁化しやすく、外部磁場が除かれるとすぐに元の非磁化状態に戻る特性を持ちます。電磁石では、コイルに
電流を流し、磁石の周りに巻かれたワイヤーの磁場を増強して強い磁場を作ります。軟質磁石の代表例にはシリコン鋼、フェライト、パーメロイなどがあり、トランスやモータのコアとして用いられます。電流を切れば磁場は消えるため、オン／オフや強さの制御が容易です。
永久磁石（硬磁性体）
永久磁石は強磁性を持っています。 強磁性材料は磁区が一度整列すると外部から磁場を取り除いてもその向きを保持します。天然には磁鉄鉱（磁石鉱）などがあり、古くから利用されてきましたが、現代では人工的に強い永久磁石が製造されています。永久磁石の磁気は、加熱（素材固有のキュリー温度を超えると磁性が失われる）、強い逆向き磁場、機械的衝撃などで低下します。素材ごとにキュリー温度は異なり、例えば鉄のキュリー温度は約770℃です。
磁性を示す元素と非磁性材料
磁石は特殊な金属にしか引き寄せられません。代表的な強磁性元素には、
- 鉄
- コバルト
- ニッケル
これらを含む合金や化合物が磁性を示します。鉄が入っている金属は磁石をよく引き寄せます。一方、
真鍮、銅、亜鉛、アルミなどは常温では強い磁性を示さず、木材やガラスなどの非磁性体は磁石に引き寄せられません。ただし、電磁誘導などの現象では非磁性体でも間接的に効果が現れる場合があります。
永久磁石の種類と特徴
永久磁石にはネオジム鉄ホウ素磁石とアルニコ磁石の2種類があります。 これに加え、実際には以下のような主要なタイプがあります：
- ネオジム磁石（NdFeB）：非常に高い磁力を持つ希土類磁石。小型で強力だが、衝撃や高温に弱く、割れやすい。
- サマリウムコバルト（SmCo）：高温での安定性と耐腐食性に優れ、強度も高い。
- アルニコ（Alnico）：高温でも磁気を保ちやすく、古くから使われる合金磁石。
- フェライト（セラミック）：安価で耐食性に優れるが、磁力は希土類磁石ほど強くない。
磁石の利用例と注意点
磁石は日常から産業まで幅広く使われます：磁石式コンパス、電動機・発電機、スピーカー、ハードディスク、磁気センサー、MRIなど。強力なネオジム磁石は小型化や高性能化に貢献していますが、以下の注意も必要です：
- 強力な磁石は挟まれると危険。指などを挟まないよう注意。
- 医療機器（ペースメーカーなど）への悪影響の可能性があるため、近づけない。
- 小さな磁石は誤飲すると重篤な事故につながる（特に複数個だと腸閉塞の危険）。
- 高温や強い衝撃で磁力が低下する場合がある。
補足：磁場の単位と観察
磁場の強さは一般に磁束密度Bで表され、国際単位はテスラ（T）です。家庭用磁石はミリテスラ〜数百ミリテスラ程度、ネオジム磁石では0.5Tを超えるものもあります。磁場は磁粉やコンパスを用いて可視化できます。
磁石の基本原理を理解すると、モーターや発電、情報記録など現代技術の多くが磁気現象に依存していることが分かります。材料ごとの特性（磁力の強さ、温度安定性、耐食性、コスト）を比べて用途に応じた磁石を選ぶことが重要です。
棒磁石
天然磁石
天然・永久磁石は人工的なものではありません。ロッドストーンやマグネタイトと呼ばれる岩石の一種です。
コンパスは地球の磁場を利用し、北磁極を指します。磁石の北側は、別の磁石の南側に引き寄せられます。しかし、コンパスの北側が北磁極を指していると、これは「北磁極」が本当に南磁極であり、「南磁極」が本当に北磁極であることを意味するだけである。
天然の磁気石を最初に発見したのは中国人でした。中国人は最初、この石を使って占いや手品をしていました。その後、彼らはこの「宿石」を使ってコンパスを発明しました。
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質問と回答
Q:磁石とは何ですか?
A:磁石は特殊な金属で、他の物体に接触すると引き寄せたり反発したりする性質があります。
Q:磁石は他の物とどのように作用するのですか?
A:磁石が他の磁石やある種の金属などの物体に近づくと、接触している極（面）が互いに引き合うか押し合うかを決定します。極が逆であれば磁石は相手を引き寄せ、同じであれば反発し合います。この引き合いと反発を磁力といいます。
Q:磁石を特定の金属に接触させるとどうなるのか?
A:磁石は特定の金属と接触すると、その金属をこすり合わせて磁石にすることができます。
Q:2つの磁石の間に働く力を何というか?
A:2つの磁石の間に働く力を磁力といいます。
Q:磁石にこすりつければ、すべての金属が磁石になるのですか?
A:いいえ、すべての金属が磁界に擦れることで磁石になるわけではありません。ある種の金属だけが影響を受けることができるのです。
Q:磁石には種類があるのですか?
A:磁石には、その強さや組成によって種類があります。
Q:磁石のどの極（面）を使って物を吸着させるか、どのように判断するのか?
A:一般的に、磁石で物を引き寄せるには北極側を、磁石で物をはじくには南極側を使うのが良いと言われています。
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