電磁石の鉄しんについて教えてください。

質問

先日、小学生と理科の話をしていたときに、乾電池・コイル・鉄くぎを使った単純な電磁石での問題で、
問「鉄くぎは、全体を熱してから冷やしたものを使いました。鉄くぎを熱する理由は？」
答「電流を切っても、電磁石の力が残らないようにするため」
というのがありました。
電磁石の力が残らないようにするために、なぜ鉄くぎを熱しておくと良いのでしょうか。小学生に質問されて答えに困ってしまいました。
人に聞いたり、自分でいろいろ調べてみたりしたのですが結局いまだにその理由が分からないので、どなたか教えてください。よろしくお願いします。

回答No.2

Umada · ベストアンサー

うわっ、その子はずいぶん難しいところを突いてきましたね。
きちんと答えようとすると大学の専門課程程度の物理(固体物性論)が必要なのですが、とりあえず以下のような説明はいかがでしょうか。(小学生への説明を主眼としていますので、学問的な正確性には多少目をつぶっています)

(1)鉄のなかには、うんと小さな「磁石のもと」のようなものが入っています(棒磁石のちいさなものを想像させてください）。でもその向きはばらばらなので鉄全体としては打ち消し合ってしまい、そのままでは磁石の性質はありません。
(2)強い大きな磁石か強い電磁石を持ってきて鉄をその中に置くと、その「磁石のもと」が特定の方向に並んで、鉄は磁力を持つようになります。強ければ強いほどよく並びます。
(3)大きな磁石や電磁石から鉄を取り出しても、その鉄の中の「磁石のもと」の向きはもとの完全なバラバラに戻るのでなく、全体としては少し(2)で並べた方向を向いたままになっているので、磁石の力はそのまま少し残ります。
(4)一方、これを高温にすると「磁石のもと」の向きが再びばらばらになって磁力を失います。

というわけで、釘を熱するのは(4)と関連して「釘に残っている磁力をあらかじめ消しておくため」ということになります。(確かに、釘に磁力が残っていれば、電流を切っても他の鉄を吸い付けてしまいますからね)
また「じゃあ、僕ら/私らの実験でも電磁石の中に釘を置いているのに、(3)で磁力が残らないのはどうして?」という突っ込みを受けることも予想されます。それには「乾電池で作る磁石はごく弱いものなので、「磁石のもと」の並び方も弱く、電流を切ってしまうともう他の鉄を吸い付けるほどの力がないため」と答えればよろしいと思います。

余談ですが個人的には、その「問」が小学生のレベルをはるかに超越しているのがちょいと罪作りだと思います。
またdenden_keiさんのおっしゃる「焼き鈍し」と、上の(4)の「消磁」は直接には関係ありませんので付言しておきます。

お礼

Umada様、分かりやすい説明、ありがとうございます。
なるほど、これならば私も子供も納得できます。
今回、いろいろ勉強になりました。

回答No.3

Umada

私も少し気になりましたので追加で調べてみました。
今回のお話の主眼はおそらくは「熱消磁」のことと推測され、また消磁と焼きなましが直接に関係ないのも確かなのですが、一方でdenden_keiさんのおっしゃることは間違いではないようです。
すなわち材料の組織(粒子形状、析出物)などを熱処理で制御すれば、私の回答の(3)のところの「磁界から取り出した時の、「磁石のもと」の向きのバラバラへの戻り方」が変わってきます。(すぐバラバラになるものと/並んだ状態をよく保持する)
ただし、焼きなました場合にそれがどちらに働くのかは、そう簡単に整理できるものではないようです。

回答No.1

denden_kei

専門家ではありませんが、分かる範囲で。
鉄芯を熱して除冷すると結晶構造が変化して性質が変化します。これを焼きなましと言います。
「電磁石の力が残らない」というのは、いわゆる残留磁束が残らないということですね。焼きなましするとこれに関係する性質が変化するのでしょうか？

お礼

denden_kei様、早速の回答ありがとうございます。
「焼きなまし」という言葉は初めて耳にしました。
勉強になりました。
でも、小学生にどう説明したら良いか・・・・