道草問答(4)マグネットの砂鉄模様

マグネットは日常生活の汎用品である。台所でメモ止めに多用される。似た物に電磁石も有る。なかには、リニア新幹線の『超伝導磁石』も有る。強力な磁力で、車体を浮かせる。その原理は空間の磁界に在る。空間の磁場がその訳を担っている。

右に二つの砂鉄模様の例を挙げた。ともに量販店などで購入した。星型は小さな玩具のマグネットである。マグネット表面の紙に砂鉄を振りかけて出来た模様である。

砂鉄模様はどれもマグネットの中心部には無い。周辺部に集中している。

その理由は何か?良く分からないとしか答えようが無い。と言うより、マグネットがエネルギーをどのような原理で保有するか?マグネットの金属結晶内にエネルギーが何故貯蔵されるか。そのエネルギーがどの様な訳で、マグネット近傍の空間に存在するが如き様相を示すのか?教科書によれば、結晶金属に渦電流が有るが如き解釈で、その磁場エネルギーの貯蔵として解釈される。エネルギーそのものに磁場エネルギーとか静電エネルギーとかの違いが有る訳ではない。だから、コイル電流模型での磁気エネルギーそのものが法則に基づく解釈でしかないのである。『円電流』の電子スピン模型と同じく、自然観察上の、極めて人間的解釈に基づいているだけなのである。その意味で、答えようがないとなる。しいて言えば、「マグネットに近い程、磁極近傍空間で空間のエネルギー流が周辺部に集中する為」となろう。

電気磁気学の問題で、磁場を問う問題がある。その時磁場はマグネット面で均一とする。と言うような条件の設定で解く事を求められる。しかし、砂鉄模様から考えて、磁場の磁気状態が一様である等と言う事は言えなかろう。均一なら砂鉄模様が均等に分布するだろうと考える。そうは成っていないのである。理論は頭で都合よく纏める傾向が有る。実際の場合は、そんなに理論通りには成っていない事が殆どであろう。私の解釈に対しても、都合良過ぎるとの批判もあろう。

さてどんな理屈で、この磁場を説明したら良いでしょうか?二つのマグネットを向かい合わせて、その間のギャップを変化させた時、ギャップ内の砂鉄模様がどの様になるかを観測すれば、その状況の解釈の仕方が見えるであろう。それが解答としたい。

なお磁気概念についてまとめた関連記事が有る。磁界・磁気概念の本質

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