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NO 3 時季が来れば直に分かる磁気 酒井 です。

j強磁性材は特殊元素のお話し

私たちが知っている元素が100以上ある中で金属元素が60個程残りが非金属です。その中で、磁石に引き付く金属は元素単体では、鉄・ニッケル・コバルト(Fe.Ni.Co)の3種類しかなく、逆に特殊な性質を持つ元素と考えなければいけないのですが、何気なく使ってます。この磁石に引き付く性質を持った材料を強磁性材と言い、他の元素に無い、変わった条件が備わっています。 

 目に見えない小さな元素の話しになると頭が痛く成りますが、これまた目に見えない大きな宇宙の話しになると、目を輝かし、雄大な気持ちになります。 しかし、これが全く同じ考えができるのです。元素は宇宙の縮小版と考えてみてください。

 元素は原子核の周りを電子が廻ってる形です。(ほら、太陽系を想像してください。)原子核{太陽}の周りを金星地球火星木星土星などが惑星が廻ってます。この惑星を{電子}に例えます。太陽系が一つの元素に置き換えられました。

強磁性材に話を戻します。強磁性材の元素は、ちょうど太陽を廻る地球の様に、原子核の周りに電子が自転しながら公転している様なもので、この電子の自転をスピンと専門分野では言ってます。

 電子が円軌道で移動すると言うことは、円軌道に電流が流れている事になります。これはモウ、電磁石のコイル同じで右ネジの法則がガッチリはまります。公転軸に磁極(NとS極)が出来磁石になります。これは有名なアインシュタイン博士の研究グループでも「この電子のスピン運動が強磁性材の源で有る」ことを実証されてます。

電子の自転は右廻りと左廻りの二種類ありプラススピンとマイナススピンと言います。電子は、それぞれペアを組み原子核の内側の軌道がら、軌道の指定席に埋められていきます。太陽の惑星は一個ずつ軌道を持ってますが、元素の場合は核に近い所から第一軌道で電子の指定席が1ペア(二個)・第2軌道は副軌道二本1ペア軌道+3ペア軌道 第三軌道は副軌道三本で1ペア軌道+3ペア軌道+5ペア軌道があります。普通の元素は核に位階所から順番にならんではいりますが、強磁性元素はは第三軌道に異変が起きます。

鉄は第三軌道の5ペア軌道に8個の電子が入りますが異変が起きるのです。
 鉄(Fe)は第三軌道の副軌道にプラススピン電子が5個とマイナススピン電子1個で第四軌道にペアではいり、ペアを組めない独身電子(不対電子)が四個になります。コバルト(Co)はこの軌道で空席三個の不対電子がありニッケル(Ni)は2個の空席に不対電子が二個となります。この電子の第三軌道の5ペア副軌道を不完全軌道と言い、軌道の半径に対して原子間隔が3〜4倍程度の結晶になると強磁性になります。

強磁性材の結晶は隣の原子との間隔は電子のやりとりを行う適切な距離が必要なのです。人がキャッチボールをするときの間隔だと考えて下さい。近すぎても遠すぎてもうまくいかないものです。電子のボールが行き来することで独身の電子(不対電子)が強い結合力が生じ、不対電子のスピン方向が一方向に勢揃いした時に強磁性となります。

数ある金属元素の中でも特定の条件を満たし、特定の条件を満たす結晶になった場合のみ強磁性金属になります。磁石に引き付く鉄など一般的金属がホントは特殊なのです。

磁性材料のかたい柔らかいの話し

永久磁石は小さく分けていくと、そのたびに両端にN・S極を持ちます。
それは、永久磁石自体が小さな磁石が整然とならんでいるからです。

ヴァイスと言う学者が、考えた仮説ですが「分子磁石がある力により平行にならび磁石を構成している。」と言うものでどこで折っても、ミニ磁石の面ができ両端にN・S極が出来ます。磁石の最小単位を専門的な言葉で「磁区」という表現をします。

例えば、釘自身は磁石でも無いのですが、釘の中にはミニ磁石が存在しますが、各々ミニ磁石は勝手なバラバラな方向を向いて、この状態の材料を磁性材といいます。

 強い磁石の勢力範囲に入ると、釘の中の各々ミニ磁石は急速に磁界の極方向に向きをかえてゆき、磁石に接触したときは同じ方向に整列し磁石に成ってしまいます。

 この様に磁石になっても、強い磁石から切り離すとだんだんもとに戻ってしまう材料を軟磁性材料といきます。残った磁気の力を残留磁化(保磁力=Hc)と言い、なかなかもとに戻らない材料を硬磁性材と言い、磁石に成った状態を磁化と言ってず〜と続いているのを永久磁石といいます。

 人間自身の考え方に似てますでしょ。一回洗脳するとずーと守り通す、頭の固い人と、新しい環境に直ぐなびく頭の柔らかい人もいます。磁性材料では硬い材料は永久磁石に、軟らかい材料はトランスなどに利用できるのですが、人間の場合はどうでしょうか。