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磁性は、磁石が他の磁石や特定の金属と離れた場所で相互作用することを可能にする自然な力です。各磁石には、「北」極と「南」極という2つの極があります。磁極がお互いを押しのけ、異なる極がお互いを近づけるように。すべての磁石は、特定の金属を引き付けます。磁石には2種類あります。自然に発生する磁石と、「電磁石」と呼ばれる電気部品で作られた磁石があります。
電気と磁気の関係
電気と磁気は、2つの別々の力のように見えますが、実際には密接に関連しています。 19世紀に物理学者Michael Faradayによって発見された電磁誘導の法則は、移動する電荷が磁場を作り出すことを示しています。国立高磁場研究所のクリステン・コインによると、これは自然に発生する磁石と人工電磁石の存在の基礎です。
天然磁石
自然に発生する磁石では、磁場を作り出す移動電荷の電流が磁石の物質の内部に生成されます。原子、すべての物理的なオブジェクトを構成する小さな粒子は、核粒子を周回する荷電電子で構成されています。電子は常に核の周りを移動しているため、常に磁場を生成しています。
なぜ天然磁石には磁場があるのか
ほとんどの材料では、これらの小さな原子磁石の北極と南極はどの方向にも向いています。これにより、それぞれの効果が互いに相殺され、材料は非磁性のままになります。主に金属である一部の材料では、これらの小さな磁石が整列し、オブジェクト全体を磁気にします。
電磁石部品
電磁石は、3つの単純な部分で構成されるデバイスです。ワイヤのコイルは、通常は鉄の金属のコアの周りに巻かれています。バッテリーまたはその他の電源がコイルに接続されています。ワイヤは一般に非常に細く、サイズをさらに抑えるためにエナメルで絶縁されています。
電磁石の仕組み
コイルに電圧が印加されると、電流がコイルに流れ始めます。これにより、ワイヤの周囲に磁場が形成されます。コイルの形状により、電流の磁場が特別な構成になります。コイルの各ループのすべてのフィールドが整列するため、自然の棒磁石の効果が得られます。コイルの一方の端は北極で、もう一方の端は南極です。鉄芯は、ワイヤの電界を強化し、電磁石をより強くします。
比較において
多くの点で、天然磁石と電磁石は同じです。どちらも電流から大きな磁場を生成するオブジェクトです。どちらにも北極と南極があります。ただし、電磁石は強度を変えることができ（電流を変えることにより）、天然磁石は変えることができません。電磁石は極を切り替えることができます（電圧を逆にすることによって）が、自然磁石はできません。天然磁石の磁場は、多くの微小電流によって生成されます。電磁石の場は、単一の大規模な電流によって生成されます。