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鉄はなぜ磁石にくっつく? 磁石の中身を知る|なるほどなっとく 中学受験理科

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2021年8月31日 水溜 兼一(Playce)

学習範囲が広く、難しいイメージがある理科の中学入試問題。難関校に多くの子どもを合格させてきたカリスマ講師・小川眞士さんが、子どもの理科力を育むためのヒントを伝えます。

入試理科では、理科的思考力が求められます。子どもの理科的思考力を養うためには、普段から身の回りのいろいろな事象に興味を持ち、その原因を理科的視点で捉える姿勢が大切です。今回は、身の回りのモノの中から「磁石」にフォーカスして、小川先生にお話いただきます。

磁石は、小さな磁石が集まってできている

入試の理科では、磁石の問題が出ることがありますが、磁石の仕組みをご存じでしょうか? 磁石の性質を持つ金属は限られていて、代表的なものが鉄です。ほかにもニッケルやコバルトなどがありますが、金や銀、銅やアルミなどは磁石の性質を持ちません。

理科の授業で扱う棒磁石もU磁石も鉄でできていますが、なぜ鉄が磁石の性質を持つのでしょう? 実は棒磁石やU磁石をどんどん細かくしていくと、磁石の性質を持った小さな磁石になります。この小さな磁石を「分子磁石」と言います。鉄の中にはこの分子磁石があるのです。

でも、身の回りの鉄、たとえば鉄棒は、ものをくっつけませんね。棒磁石も鉄棒も同じ鉄でできているのになぜでしょうか?

鉄に含まれる分子磁石は、通常はいろんな方向を向いています。鉄棒の鉄は、下図のような状態になっているのでN極もS極もなく、ほかの鉄などはくっつきません。

このバラバラの分子磁石を同じ方向にそろえると鉄の棒は磁石の性質を持つようになります。棒磁石やU磁石を作るときは、鉄の棒の中の分子磁石が一定方向に揃うよう加工しています。

磁石に鉄をくっつけると、磁石になる

磁石にはN極とS極があり、同じ極同士を近づけると反発し、違う極同士はくっつきます。また、磁石は両端にのみそれぞれちがう磁極(鉄を引きつける性能の最も強いところ)が現れます。さらに、磁石に鉄の棒をくっつけると鉄の棒は磁石の性質を持つようになります。これらの性質について、棒磁石を使って解説します。

棒磁石の端に鉄のくぎを近づけるとくっつきます。もうひとつ棒磁石を用意し同じようにくぎをつけ、この2本の磁石のN極とS極をくっつけます。このとき中央付近のくぎは磁石にくっつかなくなります。これは、2つの磁石がくっつくと1つの長い磁石になり、中央付近の磁力はなく、磁石の端の方に磁極が現れることを示しています。

では、磁石に鉄の棒を近づけるとどうなるでしょう? 鉄の棒は磁石とくっつき1本の長い磁石になります。

これは、磁石とくっつくことで、鉄の棒を構成する分子磁石が一定方向に揃い磁石の性質を持つからです。

では、鉄を磁石につけた後、離すとどうなるでしょう。磁石から離してもある程度は磁石の性質は保たれます。このとき磁石のN極にくっついていた部分がS極になり、反対側がN極になります。

身の回りには、たくさんの磁石がある

私たちの身の回りには、磁石が使われているものがたくさんあります。

たとえば、冷蔵庫の扉に貼るマグネットシート。これはシートを作るときに鉄を混ぜ、この鉄を磁化(物質に磁石としての性質を持たせること)しています。

銀行のキャッシュカードやクレジットカードの中には、磁石の性質を持つものが印刷されていることがあり、そこにデータを記録します。カードリーダーはこの記録を読み取ります。

ですから、これらのカードに磁石を近づけると磁気不良を起こすので、避けなければなりません。また、昔よく使われていたカセットテープやビデオテープにも磁石の性質を持ったものが塗られており、画像や音楽をNとSの情報に変えて記録されるようになっています。

ほかにも、掃除機や冷蔵庫などモーターが入っている家電やイヤホン、スピーカーなどにも磁石が使われています。私たちの身の回りにはたくさんの磁石が溢れているのです。

地球は大きな磁石

登山やハイキングでは、方角を調べるときに方位磁針を使います。方位磁針のN極は北を、S極は南を指します。これは北極がS極で、南極がN極であることを表しています。

方位磁石が方向を示すのは、地球の中心にあるコア(核)の主成分が鉄で、地球自体が大きな磁石になっているからです。核の外側は流動的なので、大昔には磁場の逆転現象が起こり、北極がN極、南極がS極だった時代もありました。

そのことを今に伝えるのが、千葉県市原市の養老川沿いにある約77万年前の地層です。この地層のなかには磁石の性質を持つ鉱物が含まれていて、この時代には地場の様子が現在とは逆になっていたことが研究でわかりました。このことから、約77万4000年前から約12万9000年前までの地質時代が「チバニアン」と命名されました。

「チバニアン」は理科の入試問題でも取り上げられます。地層の学習も兼ねて調べてみるのもおすすめです。


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※記事の内容は執筆時点のものです

小川眞士
小川眞士 専門家・プロ

小川理科研究所(東京都豊島区)主宰。都内の中学校教諭を経て、四谷大塚進学教室理科講師に。開成や桜蔭の特別コースを約25年間担当、コース生28人全員が開成中学に合格した実績を持つ。教務主任や副室長も務めた。2009年4月に小川理科研究所を開設。主な著書に、『中学受験 理科のグラフ完全制覇』(ダイヤモンド社)、『これだけ理科』(森上教育研究所スキル研究会)、『カンペキ小学理科』(技術評論社)がある。

この記事の著者

雑誌・新聞の編集・ライターを経て、現在は、通信教育企業のキュレーションサイトや大学案内のライティングなどを担当。