磁石が鉄などにくっつく仕組みは?くっつく金属の種類も解説
磁石は日常生活のあらゆる場面で活用されており、多くの人にとって身近な存在です。一方で、磁石がどのような仕組みでくっつくのか分からないという方もいるのではないでしょうか。
磁石はその仕組みによって、くっつくものとくっつかないものが存在します。たとえば、鉄は磁石にくっつく代表的なものですが、アルミや銅は磁石につきません。この記事では、磁石がものにくっつく仕組みと、つく金属・つかない金属の違いをわかりやすく解説します。
~目次~
磁石が鉄などにくっつくのはなぜか
磁石には、ものに触れずに引きつけたり遠ざけたりする「磁力」が働いています。この磁力は、磁石が持つS極とN極という2つの「磁極(じきょく)」に近いほど強く発生しています。仮に2本の磁石を近づけた場合、S極とN極は引き寄せ合い、S極同士とN極同士だと反発します。
では、鉄などの磁石ではないものが磁石にくっつくのはなぜでしょうか。
鉄の中には、「分子磁石」という目には見えない小さい磁石のようなものが、バラバラの向きでたくさん入っています。磁石を鉄に近づけると、これらのバラバラの向きだった磁石が同一方向に整列します。これにより鉄にもS極とN極が発生し、磁力によって磁石がくっつくという仕組みになっているのです。なお、磁石と鉄を離すと、再び乱れ、鉄の磁力は弱まります。この現象は「磁気誘導」と呼ばれ、鉄同士が連なってくっつく理由にもなります。
なお、磁石には永久磁石と電磁石の2種類があります。
永久磁石とは、常に磁力を持つ磁石でそれ自体が磁石としての働きを持っている、鉄などをくっつける力があるもののことです。一方の電磁石は磁石としての原子は持っているものの、単体では磁石としては機能しないもののことを指します。電流が流れているときだけ、磁石としての性質を持つのです。
磁石がくっつくものとは?
私たちの身の回りには、磁石に「くっつくもの」と「くっつかないもの」があります。
金属であれば磁石にくっつく、というイメージを持っている方もいるかもしれませんが、実際にはくっつく金属は限られているのです。
ここでは、磁石にくっつくものとくっつかないもの、それぞれについて解説します。
磁石に強くくっつくもの(強磁性体)
磁石を近づけたときに磁気を帯びる物質を「磁性体」と言い、「磁性がある」と表現します。
その中で、磁石にくっつく力が強いもののことを「強磁性体」と呼び、一般的には「磁性体=強磁性体」として認識されているケースが多いです。
強磁性体の代表例として先ほど紹介した鉄が挙げられます。強磁性体は磁石に近づけると強く引きつけられる金属で、鉄以外にもコバルトやニッケルなどが強磁性体に分類されます。さらに強磁性体の中でも、離すとすぐ磁力がなくなるものを軟磁性体(ソフト)、しばらく磁力をキープするものを硬磁性体(ハード)と言います。
磁石に弱くくっつくもの(常磁性体)
磁性体の中で、磁石に弱くくっつくものを「常磁性体」と呼びます。くっつく力が弱く、性質によってはくっつかないこともあるほどです。
複数の素材からできているものは、くっつく力が弱い傾向があります。鉄のような強磁性体と、磁石にくっつかない素材が混ざってできたものは、それぞれの素材の含有率によってくっつく強度が変わる、というわけです。
たとえば、合金鋼であるステンレスには200以上種類がありますが、ステンレスに混ぜる金属の割合や種類に応じ、磁石がくっついたりくっつかなかったりするのです。
実はお札も磁石にくっつきます。紙自体は磁石にくっつきませんが、お札は偽造防止用の特殊インクが磁石にくっつくのです。お札の黒インクには磁性体が含まれており、強い磁石を使うとわずかに反応します。
また、本来くっつくものでも、くっつける面の凹凸が激しい場合や曲がっている場合など、形状や環境によって力が弱まることもあります。
磁石にくっつかないもの(反磁性体)
磁石にくっつかないものを「反磁性体」と言います。
反磁性体には2種類あり、「そもそも原子磁石を持っていない物質」と「原子磁石を持っているが、磁界の方向がバラバラな物質」に分かれます。
金属でも、金や銀、銅、アルミ、クロム、チタンなどは磁石にくっつきません。ただし、銅やアルミなどは電気を通しやすい性質があるため、磁力の影響を受けます。
50円玉や100円玉、500円玉には磁石にくっつくニッケルが含まれていますが、ニッケル含有率が低く磁石にはつかないのです。
さらに、紙・木・アクリル・プラスチック・水なども磁石にくっつかない反磁性体です。
まとめ
今回のコラムでは、磁石が鉄などにくっつく理由やその特徴、アルミや銅などの磁石にくっつかないものについて紹介しました。
磁石は日常的に使われていますが、その仕組みやくっつくものとくっつかないものの違いなどは意外と知られていない部分もあります。金属の種類によってくっつく度合いは大きく異なるため、用途に応じて素材を選ぶことが重要です。このコラムをきっかけに、磁石についての理解を深めてみてください。
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