磁石の近くに置いた鉄は、磁気を帯びることがあります。これを磁化と呼びます。磁石から鉄へ小さな物質が飛び移るのではなく、鉄の内部の磁気の状態が変わる現象です。「磁石につく物」と「初めから強い永久磁石である物」を、同じ意味にしないことが大切です。
今回は、正体の分からない棒を見分ける問題ではなく、もともと磁化していなかった鉄に磁石を近づけ、鉄自身の状態が変わる場面を考えます。磁石を近づけている間と、十分遠くへ離した後を分けて観察しましょう。
内部の向きが、全体の働きにつながる
鉄の内部には、小さな磁石のような磁気がそろった領域があり、磁区と呼ばれます。磁石になっていないように見える鉄でも、内部の磁気が存在しないわけではありません。全体としては互いに打ち消すような状態になっていると考えます。
外から磁石の影響を受けると、磁区の大きさや磁気の向きなどが変化して、鉄全体として磁気を帯びます。小学生向けには、小さな矢印の向きがそろう模型で説明できます。ただし、模型の矢印は実物の中に印刷された印でも、鉄の粒全体が単純に転がる様子でもありません。見えない状態を表す記号です。
近い端と遠い端を分ける
初めに磁化していない細長い鉄の棒へ、棒磁石のN極を一方の端から近づける基本模型では、近い端がS極側、遠い端がN極側になります。近い端で異なる極が向かい合うので、引き合うことを説明できます。
同じ端へS極を近づける模型なら、鉄の近い端と遠い端の極の向きも逆になります。したがって、「N極にもS極にも引きつけられるから、鉄には極が生じない」という考え方は適切ではありません。近づけた磁石に応じて、鉄の状態が変わり得る点を考えます。
この説明は、既に強く磁化した鉄や、複雑な形状のすべての場所にそのまま当てはめるためのものではありません。問題文に「初めは磁化していない」「細長い棒の端へ近づける」とあるなら、その条件の中で極を整理します。
例題1：近づける極を入れ替える
初めに磁化していない鉄の棒PQがあります。Pへ棒磁石のN極を近づけ、鉄の棒が磁化する基本模型を考えます。PとQは、それぞれ何極側になりますか。次に、初めの状態に戻した同じ種類の棒のPへS極を近づけた場合も答えてください。
答え・解説： N極を近づけたときは、近いPがS極側、遠いQがN極側です。S極を近づけた場合はPがN極側、QがS極側になります。どちらも近い端では、磁石の極と反対側の極が生じる関係です。鉄の両端を同じ極にする答えにはしません。
二回目の条件に「初めの状態に戻した」と書いたのは、前の操作の影響を混ぜないためです。実物では、磁石を離した後にも磁気が残ることがあります。前に何をしたかを無視すると、基本模型の条件と実物の状態が違ってしまいます。
例題2：磁石を離したら、全部元通り？
試料A・Bをそれぞれ磁化した後、もとの磁石を十分遠くへ置きました。同じ軽い鉄片を用い、距離などをそろえて調べると、Aは鉄片を引きつけ、Bでは同じ方法で引力を確認できませんでした。この結果から「磁石を離せば、すべての材料の磁気が必ず完全になくなる」と言えますか。
答え・解説： 言えません。Aには、磁石を離した後も鉄片を引きつける働きが残っています。一方、Bについても、この観察で力を確認できなかったことと、どんな測定でも完全にゼロであることは同じではありません。今回の方法で読み取れた範囲を答えます。
材料や加工の状態などによって、磁化のしやすさ、外からの影響を除いた後の磁気の残りやすさは違います。「鉄」という言葉だけで、どの試料も必ず同じ強さを保つと決めないようにします。永久磁石を作る材料と、磁気を変えやすい用途の材料で、求める性質が異なることにもつながります。
クリップがついた数は、磁気の単位ではない
磁化した棒にクリップをつなげる実験では、何個ついたかを比べることがあります。しかし、クリップの重さや形、接触の仕方が違えば結果も変わります。10個ついた棒が5個の棒の「磁気が正確に2倍」とは、個数だけから言えません。
数を記録することは有用です。ただし、同じクリップを同じ方法で使っているかを確かめ、何を比較する指標としているかを書きます。「持ち上げられた個数」と「磁化の強さ」を、説明なしに置き換えないことが大切です。
引力だけで相手の正体を決められない理由は、磁石と鉄の見分け方でも扱っています。また、外から磁気を変える例としてモーターの電流の切り替えを読むと、固定した極と変わる極を追う練習になります。磁化の問題では、操作の前・最中・後という三つの時点を、図の横に残して考えましょう。