磁石に北極と南極があるのはなぜですか?

磁気バーを半分に切断しても、極は剥がれません。 2 つの磁石しか生成されず、それぞれの N 極が他の磁石の S 極に引き寄せられます。逆もまた同様です。

冷蔵庫へのパーティーの招待状の保持から医療画像の作成まで、磁石が非常に多くの目的に役立つのは、この基本的な引力の特性です。

しかし、これらの極はどのようにして発生するのでしょうか? 磁石に北極と南極があるのはなぜですか?

磁石は「物理学における最も深い謎の 1 つ」であると彼は言いました。グレッグ・ボービンガー (新しいタブで開きます)フロリダ州タラハシーにある国立高磁場研究所所長。その間人々は何千年もの間磁石を使用してきました (新しいタブで開きます)科学者たちは、彼らがどのように機能するかについてまだ新しいことを学んでいます.

磁石に極がある理由の基本的な答えは、電子の振る舞いにあります。磁石を含むすべての物質は原子でできています。毎にトウモロコシ原子核は、負に帯電した 1 つ以上の電子に囲まれています。これらの各電子は、科学者が「スピン」と呼ぶ独自の小さな磁場を生成します。これらの小さな磁場が十分に同じ方向を向いている場合、材料自体が常磁性になります。

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電子の「スピン」は抽象的な概念のようなものだと、Boebinger は Live Science に語った。技術的には、誰も電子スピンを見たことがありません。顕微鏡で見るには小さすぎます。しかし、物理学者は電子が磁場を持っていることを知っています。そして、この場が生成される方法の 1 つは、電子が回転している場合です。回転方向を逆にすると、磁場が逆になります。

可能であれば、電子はペアになり、スピンがキャンセルされます (新しいタブで開きます)、原子の正味の磁性をゼロにします。しかし、鉄などの一部の元素では、これは起こりません。電子の数とそれらが原子核の周りに配置される方法は、各鉄原子が小さな磁場を生成する対になっていない電子を持つことを意味します。

非磁性体では、これらの個々の磁場は異なるランダムな方向を指しています。この場合、それらはほとんど互いに打ち消し合うため、通常、材料は磁性を帯びません。しかし、適切な条件下では、小さな亜原子磁場が同じ方向に整列する可能性があります。これは、大勢の人が歩き回っている場合と、全員が組織化して同じ方向を向いている場合の違いと考えることができます。これらの非常に小さな磁場の組み合わせにより、より大きな磁場が作成されます。したがって、材料は磁石になります。

冷蔵庫の磁石など、日常生活で使用される多くの磁石は永久磁石として知られています。これらの材料では、材料内の多くの原子の磁場が、より強力な磁場の内部に配置されるなど、外力によって恒久的に整列されています。

磁場の例（画像クレジット：Getty Images経由のVectorMine）

多くの場合、このより強力な磁場は電気によって生成されます。磁場は電荷の移動によって生成されるため、電気と磁気は基本的に関連しています。そのため、回転する電子には磁場が含まれています。しかし、科学者は電気を利用して非常に強力な磁石を作ることもできますパウロ・ベラシン (新しいタブで開きます)、カリフォルニアのローレンス・バークレー国立研究所の上級科学者。ワイヤのコイルに十分な電流を流すと、電流が流れている限り持続する非常に強い磁場が生成されます。これらの電磁石は物理学の研究でよく使用される、と Veracin は Live Science に語った。また、磁気共鳴画像法 (MRI) 装置などの医療機器にも使用されています。

地球にも独自の磁場があります。これがコンパスの針を機能させるものです。科学者は、磁石が自由に回転する場合、地球の北極を指す先端として磁石の北極を定義しました。しかし技術的には、これは地球の磁北極が実際には磁極であり、反対の極が引き合うことを意味すると、ボービンガーは説明した。

物理的には、磁力線は磁石の N 極から S 極に向かって外側に流れ、閉じたループを形成します。

物理学者は、磁極の他の配置も発見しました。クワッドを含む (新しいタブで開きます)、北と南の磁極のグループが正方形に配置されています。ヴェラシン氏によると、1つの目標は依然としてとらえどころのないものであり、磁気による独占はまだ見つかっていません。

電子と陽子は単極性です。それぞれ、正または負の単一の電荷を持っています。しかし、電子 (および他の粒子も) には磁極があります。これらは素粒子であるため、それ以上分解することはできません。粒子が電気的に振る舞う方法と磁気的に振る舞う方法のこの違いは、多くの物理学者の興味をそそられました。その発見は、私たちが現在理解している物理法則に逆らうものです。

Sasaki Manami

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