永久磁石

質問

永久磁石って中の電子が動いているから磁力が発生するんですよね？
ある程度の磁力を発生させるためには規則正しく電子が動いていないといけないような気がするんですが、実際にはどのように動いているんですか？
全くの見当違いの質問だったらごめんなさい！

よろしくお願いします。

回答No.4

noname#11920 · ベストアンサー

説明が不十分(不正確)でした。
普通モデルとしては電子同士のスピンを考えるのですが、
厳密には、電子のスピンとそれ自身の軌道との間に相互作用があって、
これが磁場を作ります。
最外殻の電子だけを考えて良い場合、
どの電子も同じ軌道にあるので、
計算としては各原子の最外殻の電子のスピンだけを考えれば良くなります。
このときは原子1つが小さな磁石となって、
スピンの向き(これはちょっと表現がいまいち)がその磁石の向きと考えて差し支えありません。
当然ですが、「隣の原子から見ると傾いている」とかいうこともあります。

その前提で、#2さんの説明と私の#3に続きます。

お礼

回答ありがとうございました。

回答No.5

shkwta

No.2の補足への回答です。

電子の状態としてはスピンは本来どっちを向いていると決まっているものではありません（電子の位置が決まっていないと言うのと同じです）。ただし、測定すると「ある方向」と「その逆方向」の２種類しか現れません。
原子の中で、電子のスピンがどうなるかは「パウリの排他律」と「フントの規則」によって決まります。
パウリの排他律…同じ状態になる２個の電子はない（１つの軌道に電子は２個入れるが、その２個のスピンは逆でなければならない）。
フントの規則…同じエネルギーの複数の軌道に電子が１個ずつ入るとき、できるだけスピンが同じ方向に揃うようになる。
(参考）
http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/F1/proftakeda/nanozai/netseries/09/09ziseizairyou.htm
ここの鉄原子の例でいうと、鉄原子では全部で15個の軌道に26個の電子があります。そのうち、11の軌道には電子が2個ずつあり、パウリの排他律によってスピンが逆向きなので磁性を示しません。残りの4つの軌道に電子が1個ずつあり、これらはフントの規則によって同じ方向のスピンに揃います。これが原因で磁性を示します。

※上のサイトでスピンのことを自転といっていますが、No.3様の回答のように、正しくは自転として説明できる性質ではありません。

参考URL：

http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/F1/proftakeda/nanozai/netseries/09/09ziseizairyou.htm

お礼

回答と参考URLありがとうございました。

回答No.3

noname#11920

#2さんの説明が正しいです。

この辺りは量子力学をやったことがないとわかりにくいかもしれませんが、
中学や高校でやるように、電子が原子核の周りを公転しているというイメージは正しくなくて、
電子は原子核の周りに雲の様に広がって存在しています。

そして、電子が原子核の周りを取り巻いていることと、磁力の発生は根本的に異なります。
電子のスピンをあたかも自転の様に説明してある場合もありますが、
それは正しくありません。
これは電子の内部的な状態のことです。
運動とは別物です。
磁性は電子同士のスピンの関係により決まります。

お礼

回答ありがとうございました。

回答No.2

shkwta

永久磁石の磁化の原因は、電子のスピンによります。永久磁石の中で電子が移動しているということではありません。
スピンとは素粒子がもつ状態の一種で、１個１個の電子がそれぞれ一定の強さの永久磁石になっているということです。
原子や分子の中の電子は、スピンが互いに打ち消しあっているときと、打ち消しあっていないときがあります。打ち消しあっていないときは、原子や分子が磁性をもちます。
原子や分子が磁性をもっていても、固体の中で原子や分子が磁気的にバラバラの方向を向いていれば磁石になりません。
強磁性体では、内部が磁区という小さな区画に分かれていて、それぞれの磁区の中では磁化の方向がそろっています。しかし、磁区同士がバラバラの方向であれば、全体としては磁石になりません。ここで、強磁性体を磁場中におくと、磁区の方向がそろいます。強磁性体の中には硬磁性といって、磁場を取り除いても磁区の方向が容易にはもどらず、磁化が残るものがあります。そのような物質を選んで永久磁石を作ります。

参考URL：

http://dir.itc.u-tokyo.ac.jp/okabe/ja/temp/quantum/node21.html

お礼

回答と参考URLありがとうございました。
電子がスピン（自転？）しているため、磁力が発生しているわけですよね？
そこで、疑問に思ったんですけど、電子って陽子と中性子の周りを不規則？に廻ってると思うんですよ。
それなのに、なぜ一つの方向に磁力が働くのですか？

また、見当違いの質問かもしれませんがよろしくお願いします。

回答No.1

Quattro99

違うのでは？

一般的な永久磁石と超伝導磁石とはまた違うものだと思います。

参考URL：

http://www.wdc-jp.com/msj/member/b_magnet/a_2.html,http://www.pref.yamanashi.jp/linear/technology/technology2_t.html

お礼

回答と参考URLありがとうございました。