磁石のソースを表示

{{Otheruses||お笑いコンビ|磁石 (お笑いコンビ)}}
{{出典の明記|date=2012年3月12日 (月) 11:06 (UTC)}}
[[File:Magnet0873.png|thumb|right|220px|[[砂鉄]]による棒磁石の[[磁力線]]]]
'''磁石'''（じしゃく、{{Lang-en|magnet}}、'''マグネット'''）とは、二つの[[極]]（磁極）を持ち、双極性の[[磁場]]を発生させる源となる[[物体]]のこと。[[鉄]]などの[[強磁性体]]を引き寄せる性質を持つ。磁石同士を近づけると、異なる極は引き合い、同じ極は反発しあう。

== 磁極 ==
磁石には、'''N極'''と'''S極'''の二つの'''磁極'''（{{Lang-en-short|magnetic pole}}）がある。これらの磁極は単独で存在することはなく、必ず両極が一緒になって磁石を構成する。[[永久磁石]]を半分に切っても、S極だけ、あるいはN極だけの磁石にはならず、S極とN極の双方を持つ二つの小さな磁石ができる。磁界の元となるのは[[電荷]]の運動であり、片方の磁極のみが生まれるように電荷を運動させることは不可能である。ただし、一つの磁石に、磁極は一組とは限らない。磁極が多数ある磁石を[[多極磁石]]と呼び、[[円形]]のものは[[モーター]]などに利用されている。また、[[環]]形で、内側と外側で磁極が分かれているものがあり、これを[[ラジアル異方性磁石]]と呼ぶ。

=== 磁気単極子 ===
{{Main|磁気単極子}}
しかしながら、電気と磁気の関係をひっくり返して、単独で存在する磁極が運動することによって、電場が生じるという現象を想像することはできる。このような空想上の単独の磁極のことを[[磁気単極子]]（モノポール）という。ただし、現実に存在する可能性も示唆されており、現在でも研究が進められている。

=== 地球 ===
{{Main|地磁気}}
[[地球]]そのものも、（現在の）[[北極]]地方にS極、[[南極]]地方にN極を持っており、磁石と近似である。地球が発生させる磁場、すなわち[[地磁気]]に応答して、地球上にある磁石には一方の極を北へ、他方の極を南へ引き寄せる。この性質を利用したものが[[方位磁針]]である。磁極の呼称は方位磁針に由来して、[[北]] (north) に引き寄せられる極がN極 (north pole)、[[南]] (south) に引き寄せられる極がS極 (south pole) と呼ばれる（ゆえに、[[磁性体]]としての地球のN極・S極は、[[地理]]上の北・南とは逆である）。

== 原理 ==<!--やさしい解説-->
[[File:Bar magnet.jpg|thumb|right|200px|棒磁石]]
[[電気]]と[[磁気]]の[[力]]はお互いに不可分である。これらの関係は、[[電磁気学]]の基本方程式である[[マクスウェルの方程式]]で与えられる。この方程式によると、電気を帯びた物体（[[電荷]]）を運動させると、磁気の場（[[磁場]]）が生じ、磁石としての性質を帯びることとなる。磁石の性質を持つ物質である永久磁石も、[[電流]]を流すと磁石になる電磁石も、これによって磁石としての特性が発現する。<!--歴史的に強磁性体の意で磁石という言葉が用いられたということであろうか?それならば、はっきりとそう書くべきだし、この場所に書くのは不適切。--><!--（現在、強磁性体という意味では学術的に磁石という言葉はあまり用いられない）-->
; [[永久磁石]]
: {{Main|永久磁石}}
: 外部から磁場や電流の供給を受けることなく、磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける物体のことである。[[強磁性]]ないしは[[フェリ磁性]]を示す物体であって、[[ヒステリシス]]が大きく、[[常温]]での[[減磁]]が少ないものを、[[磁化]]して用いる。永久磁石材料に関する[[日本工業規格|JIS規格]]としてJIS C2502、その試験法に関する規格としてJIS C2501が存在する。[[アルニコ磁石]]、[[フェライト磁石]]、[[ネオジム磁石]]、[[サマリウムコバルト磁石]]などが永久磁石である。
; [[電磁石]]
: {{Main|電磁石}}
: 通常、磁性材料の芯のまわりに、[[コイル]]を巻き、通電することによって一時的に磁力を発生させる磁石である。[[機械要素]]として用いられる。電流を止めると磁力は失われる。

== 超伝導と磁石 ==
[[超伝導体]]には、磁場を退ける[[マイスナー効果]]という性質がある。超伝導体に磁石を近づけると、超伝導体は磁場を退けるので、まるで同極同士の磁石を近づけたように反発しているように見える。これによって磁石の上に超伝導体を浮上させることができる。また、[[ピン止め効果]]によって磁石の上に安定して留まる。

[[医療]]に用いる[[核磁気共鳴画像法|MRI]]（磁気共鳴画像法）用磁石の大部分や[[磁気浮上式鉄道]]では、強力な磁界が必要となるが、これを実現できるような永久磁石は容易には存在しない。また、電磁石で実現するためには、コイルに大電流を流す必要がある。しかし、[[銅]]などの低抵抗の配線材料を用いても、この電流による[[発熱]]に耐えることはできない。この問題を解決するのが、コイルに超伝導体を用いた[[超伝導電磁石]]である。超伝導材料は[[電気抵抗]]がゼロであるため、大電流を流しても発熱しないのである。超伝導コイルには、磁場に強い[[第二種超伝導体]]を用いる必要がある。

== 磁石の歴史 ==
[[古代ギリシア]]では、鉄を引き寄せる[[石]]として磁石はすでに知られていた。[[プラトン]]は、その著書『イオン』にて「[[マグネシア]]の石」として磁石のことを言及している。[[ローマ帝国]]の[[博物学]]者[[ガイウス・プリニウス・セクンドゥス|大プリニウス]]は、著書『[[博物誌]]』にて、マグネスという羊飼いが磁石を偶然発見したと述べている。この「マグネシアの石」ないし「羊飼いマグネス」が、[[ヨーロッパ]]の様々な言語で磁石を指す言葉である {{Lang|en|magnet}} の語源になったと考えられる。また『博物誌』には、[[ダイヤモンド]]が磁石の力を妨げるという奇妙な説も記述されている。

磁石に対し、[[近代]]的な[[科学]]の光をあてたのは、[[エリザベス1世]]の[[侍医]]であった[[ウィリアム・ギルバート (物理学者)|ウイリアム・ギルバート]]である。その著書『磁石及び磁性体ならびに大磁石としての地球の生理学』(De Magnete, Magneticisque Corporibvs,et De Magno Magnete Tellure) においてギルバートは、磁石に関する俗説や既知の現象について詳細に検証している。例えば、[[羅針盤]]の指北性を論じるにあたり、球形の磁石を作製し、これに対する磁針の振舞いを観察している。この結果、地球そのものが磁石であると結論付けている。また、[[琥珀]]などが軽い[[羽毛]]などを引きつける[[静電気|静電引力]]は、磁力とは異なる現象であるとも論じている。ギルバートの実験と論証による方法論は、その後の科学に多大な影響を与えた。
* [[1825年]] - [[ウィリアム・スタージャン]]によって[[電磁石]]が発明された。
* [[1917年]] - [[本多光太郎]]らによって[[KS鋼]]が発明された。
* [[1931年]] - [[三島徳七]]によって[[MK鋼]]が開発された。
* [[1933年]] - [[アルニコ磁石]]が発明された。
* [[1934年]] - 新KS鋼が開発された。
* [[1937年]] - [[東京工業大学]]の[[加藤与五郎]]、[[武井武]]によって[[フェライト磁石]]が発明された。
* [[1970年代]]前半 - [[サマリウムコバルト磁石]]が発明された。
* [[1971年]] - [[東北大学]]の金子によって[[鉄-クロム-コバルト磁石]]が開発された。
* 1970年代 - 松下電器産業（現・[[パナソニック]]）によって[[マンガンアルミ磁石]]が開発された。
* [[1982年]] - 住友特殊金属（現・日立金属[[NEOMAX]]）の[[佐川眞人]]によって[[ネオジム磁石]]が発明された。
* [[2004年]] - [[イギリス]]の[[ダラム大学]]の研究者によって[[プラスチック磁石]]が発明された。

== 磁石の種類 ==<!--五十音順→年代順を基本に-->
[[天然]]に産出する磁石として[[磁鉄鉱]]（[[四酸化三鉄]]、Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>、マグネタイト）が挙げられる。[[古代]]からよく知られている磁石、磁鉄鉱（ないし[[砂鉄]]）として産出されていたのはこの四酸化三鉄である。現在でも、[[砂浜]]で永久磁石を砂中にいれれば、十分に視認することができる。羅針盤の指針を磁化することなどに用いられてきたが、非常に微弱な磁石である。ちなみに磁気を帯びた岩石として知られる[[高山 (萩市)#須佐高山の磁石石|須佐高山の磁石石]]も、その磁気は[[斑れい岩]]中の磁鉄鉱によるものである。[[20世紀]]に入ると、天然の磁鉄鉱に替わり実用に十分な強度を有する磁石が人工的に作られるようになってきた。

{{See|永久磁石#種類}}<!-- 以下は永久磁石の記述と同じ
磁石の原料として、[[遷移元素|3d遷移元素]]の[[鉄]]、[[コバルト]]、[[ニッケル]]が挙げられる。単体が室温で強磁性を示すのは、これら3つの元素のみである。さらに[[ランタノイド]]の[[サマリウム]]、[[ネオジム]]も磁石の原料として挙げられる。単体では強磁性を示さないが、4f軌道に余ったスピンが存在するため、これらを原料とすることで強力な磁石が実現できる。なお、4f軌道電子はスピンと共に軌道運動も磁性に寄与している。
; [[KS鋼]]
: [[1917年]]、[[本多光太郎]]らによって発明された磁石鋼。鉄、コバルト、[[タングステン]]、[[クロム]]などを含む。1934年には新KS鋼が開発されている。
; [[MK鋼]]
: [[1931年]]、[[三島徳七]]によって発明された磁石。鉄とニッケルに加えアルミニウムを含み、鋳造後600℃以上で焼き戻す。KS鋼よりも安価で、倍の保磁力を持つ。U型磁石、棒磁石、ゴム磁石（弾磁石）、丸磁石、玉磁石など色々な形のものがある。
; [[アルニコ磁石]]
: [[アルミニウム]]、ニッケル、コバルトなどを原料とした磁石である。20世紀半ばまで主流の磁石であったが、やがて安価で造形の容易なフェライト磁石などに主役の座を奪われた。
; [[フェライト磁石]]
: [[1937年]]、東京工業大学の[[加藤与五郎]]、[[武井武]]によって発明された磁石。[[酸化物]]磁石の一つで、[[酸化鉄]]を主原料にして焼き固めて作る。
:* [[磁束密度]]は低いが、保磁力が高く減磁しにくい。
:* [[電気抵抗]]が大きく渦電流損が低く、高周波まで適用できる。
:* [[硬度]]は比較的に高いが割れやすい。
:* [[磁器]]なので薬品に強く、錆びない。
:* 焼く前は粉末のため自由な形にできる。
: [[酸化鉄]]に[[バリウム]]や[[ストロンチウム]]を微量加えたものを焼き、1μmほどの粒子に粉砕したものを成型し焼結する。最後に電磁石によって着磁し、フェライト磁石が出来上がる。酸化鉄を主原料としているため安価かつ化学的に安定しており、様々な用途に用いられている。
: [[若葉マーク]]に使われているゴム磁石はフェライト磁石を砕いてゴムに混ぜて固めたもの。ゴムが主成分なので容易に切断することが可能。[[コピー機]]にはゴム磁石でできたロールが使われている。
; [[サマリウムコバルト磁石]]
: [[サマリウム]]とコバルトを原料としている。組成比の異なる「2-17系」と「1-5系」がある。「1-5系」は高価なサマリウムの比率が高いため、「2-17系」の登場以降あまり用いられなくなってきた。強い磁力を持ち、高い耐腐食性と良好な温度特性（200℃程度まで使用可能）を有することが特徴である。
; [[ネオジム磁石]]
: [[1984年]]、住友特殊金属（現・[[NEOMAX]]）の[[佐川眞人]]（現・インターメタリックス株式会社）によって発明された磁石。[[ネオジム]]、[[鉄]]、[[ホウ素]]を主成分とする希土類磁石の一つ。[[磁束]]密度が高く、強い磁力を持つ。鉄を含み錆びやすいため普通は表面に[[鍍金]]を施す。熱[[減磁]]が大きく-0.12%/K程度。[[強磁性|キュリー点]]は約310℃。非常に磁力が強いため、[[ハードディスク]]やCDプレーヤーの駆動部分、[[携帯電話]]の振動モーターなどに使用される。 -->

* [[白金磁石]]
* [[プラスチック磁石]]
* [[鉄-クロム-コバルト磁石]]
* [[プラセオジム磁石]]
* [[マンガンアルミ磁石]]
* [[ボンド磁石]]
* [[分子磁石]]
* [[希土類磁石]]

== 磁石の用途 ==
===工業===
日常の[[電化製品]]でよく見かける磁石の用途として、[[電動機|モーター]]や[[スピーカー]]が挙げられる。これらは永久磁石と電磁石を用いて、[[電気エネルギー]]を回転や空気の振動といった[[力学的エネルギー]]に変換している。

[[カセットテープ]]、[[ビデオテープ]]、[[ハードディスクドライブ|ハードディスク]]といった[[記録メディア]]は、磁化された向きによって[[情報]]を記録している。情報の読み出しには、[[電磁誘導]]や[[巨大磁気抵抗効果]] ({{Lang|en|GMR}})、ごく最近になって[[トンネル磁気抵抗効果]] ({{Lang|en|TMR}}) が利用されている。

[[電子顕微鏡]]の[[電子レンズ]]や[[粒子加速器]]などでは、磁石は[[電子]]などの[[荷電粒子]]を狙った方向に曲げるために用いられている。また、トカマク型などの[[原子核融合|核融合]]では、高温の[[プラズマ]]を封じ込めるためにも用いられている。

磁石は、[[リニアモーターカー]]の磁気浮上や、リード[[スイッチ]]やMRセンサーなどの非接触センサーと共に用い、近接感知、位置決め等の用途にも利用されている。

===医療===
[[核磁気共鳴画像法]]といった医療用途に利用されている。

5cmくらいの棒状のアルニコ磁石は、[[牛]]に飲み込ませて[[センマイ|第3胃]]内の[[針金]]など鉄片を束状に吸着させ、[[創傷性心膜炎]]を予防するために使われる。

[[爆発]]や[[破裂]]（主に[[戦争]]）などで鉄の小片が体内や顔面に食い込んだ場合、[[切開]]する手間より、強力な磁力を用いて取り除き、[[応急処置]]を行う。

磁石の磁気を用いて[[血流]]を促進させ、健康回復を促進すると謳う[[代替医療]]の商品（[[装身具]]）が多々存在するが、血中の[[ヘモグロビン]]に含まれる鉄分は、磁気に反応しない性質を持つ。<!--「代替医療のトリック」新潮社-->

磁石を用いた[[義歯|入れ歯]]なども開発されている。

== 磁石を題材とした作品 ==
* [[マグネロボシリーズ]]
** [[鋼鉄ジーグ]]
* [[テツワン探偵ロボタック]]
* [[仮面ライダーフォーゼ#マグネットステイツ|仮面ライダーフォーゼ　マグネットステイツ]]

== 関連項目 ==
{{Commonscat|Magnets}}
{{Wiktionary}}
* [[磁性材料]]
* [[電磁鋼板]]
* [[磁気双極子]]
* [[電石]]

{{DEFAULTSORT:ししやく}}
[[Category:磁石|*]]
[[Category:磁気]]
[[Category:電磁気学]]
[[Category:鉄]]