質問: 磁力線について 磁力線とは現実に存在するものではなく、磁場を図式化するための便宜的な方法ですよね。 では、磁石の上に紙と砂を載せて叩くと線が現れるのは何なんですか? あの実験で「ほら、これが磁力線ですよ~」と説明されますが、「なんで現実に存在しないものが目の前に現れるの?」と疑問なのですが。 砂が線を作って、線と線の間に隙間ができますが、その隙間にもしっかり磁場はできていて、そこにごく小さなコンパスを置けば、近くの線にほぼ平行な向きを指すのですよね?
回答: 砂、と言ってもこれは砂鉄ですね。磁石にくっつくものじゃないとこうはなりません。 まず、磁石を下に置いた紙の上に砂鉄を振り掛けると、磁石によって作られた磁界により砂鉄が磁化します。つまり、微小な磁石がたくさんできます。 この磁石の向きは磁界の向きと同じ向きになります。 さて、隣り合う砂鉄の粒にどのような力がかかるか考えてみましょう。 砂鉄間に働く力は次の二通りに分けられます。 1.磁界の向きに沿って並んだ粒間に働く力 2.磁界に垂直な向きに並んだ粒間に働く力 1.の場合、二つの砂鉄は次のように磁化されます。 n-s n-s このように並んでいるためこの二つの砂鉄は引っ張り合います。 2.の場合、二つの砂鉄は次のように磁化されます。 n-s n-s このようにnとn,sとsが近接するためこの二つの砂鉄は反発します。 この力はかなり弱いため砂鉄と紙の間の摩擦に勝てないことがあります。 そこで紙をとんとんとたたいて砂鉄を少し浮かせると磁界に沿った砂鉄はくっつくように動き、磁界に垂直に並んだ砂鉄は反発し離れるのです。 このような力の働きであのような模様を形成するのです。 もちろん、このときできる線と線の間にも磁界はちゃんとあります。 実際は砂鉄内の磁界のほうが強いのですが、砂鉄のないところにもちゃんとありますのでコンパスを持って来ればちゃんと磁界の向きを指します。