磁石はなぜ鉄にくっつく？
磁石が鉄にくっつくのは、磁石を近づけると鉄の内部にある小さな磁石のような部分の向きがそろい、鉄自身が磁力を帯びて、磁石と引き合うからです。鉄製のクリップやくぎは、もともと磁石として使われていなくても、磁石を近づけると引き寄せられます。
磁石には触れていない鉄を動かす力があります。この力の正体と、金属なのにくっつかないものがある理由を、身近な例で説明します。
普通の鉄は、なぜ最初から磁石ではないの？
鉄の内部には、とても小さな磁石のように働く部分が集まっています。これらが同じ向きに並んでいる集まりを「磁区（じく）」と呼びます。
普段の鉄では、磁区の向きがあちこちを向いているため、それぞれの磁力が打ち消し合います。そのため、鉄製のクリップを机の上に置いても、周りのクリップを次々に引き寄せることはありません。
日本磁気学会と日立シビックセンター科学館も、鉄の内部にある小さな磁石の向きがばらばらで、全体ではほとんど磁力を持たない状態があると説明しています。
磁石を近づけると、鉄はどう変わる？
磁石の周りには、磁力が働く空間があります。これを「磁界（じかい）」といいます。磁界の中に鉄を置くと、鉄の内部にある小さな磁石の向きがそろいやすくなります。
すると鉄は一時的に磁石のような性質を持ち、近づけた磁石に引き寄せられます。このように、物が磁石の性質を持つことを「磁化（じか）」といいます。
- 普段の鉄では、内部の小さな磁石の向きがばらばらになっています。
- 磁石が近づくと、その磁界に合わせて向きがそろいやすくなります。
- 鉄も磁力を帯び、近くの磁石と引き合ってくっつきます。
磁石が鉄にのりのように貼り付いているわけではなく、磁力で引き寄せられているのです。磁石を離すと、多くの柔らかい鉄では磁力が弱まり、元の状態に近づきます。ただし、鋼など素材によっては磁力が残ることもあります。
鉄のクリップを何個もつなげられるのはなぜ？
磁石に鉄製のクリップを一つくっつけると、そのクリップ自体も一時的に磁石のようになります。すると、先についたクリップが別のクリップを引き寄せ、鎖のようにつながることがあります。
これは最初のクリップから磁力が順番に伝わり、次のクリップも磁化されるためです。日本磁気学会でも、磁石についたクリップが別のクリップを引き付ける例が紹介されています。
ただし、いつでも同じ数がつながるわけではありません。磁石の強さ、クリップの大きさや重さ、形、材質などによって、つながる数は変わります。磁石を外すと、つながっていたクリップが落ちる場合があります。
磁石は鉄以外の金属にもくっつく？
磁石が強く引き寄せる金属には、鉄のほかにニッケルやコバルトがあります。一方、アルミニウムや銅は、普通の文具用磁石では引き寄せられません。
金属なら何でも磁石につくわけではありません。次のように、材料ごとに性質が違います。
- 鉄製のクリップや鉄板：一般的な磁石で引き寄せられます。
- アルミホイルや銅の板：通常の磁石を近づけても、くっつきません。
- ステンレス製品：種類によって、磁石につくものとつかないものがあります。
ステンレスは特に間違えやすい材料です。磁石メーカーの下西製作所によると、一般的なSUS304やSUS316は磁石につきにくい一方、SUS430などは磁石につきます。また、加工によってSUS304の一部に磁力への反応が生じる場合もあります。
そのため、キッチンのシンクや調理器具に磁石がつかなくても、「金属ではない」「鉄を含んでいない」とは言い切れません。
磁石と鉄の間に紙があっても、くっつくのはなぜ？
磁力は、磁石と鉄が直接触れていなくても働きます。薄い紙やプラスチックなどを間に挟んでいても、距離が近く、磁力が十分に強ければ鉄を引き寄せられます。
例えば、紙を鉄の板に重ね、その上から磁石を近づけると、紙を挟んだ状態で磁石がとまることがあります。冷蔵庫の鉄製の扉にメモを磁石で留められるのも、この仕組みです。
一方、紙を何枚も重ねて磁石と鉄の距離を離すと、引き寄せる力は弱くなっていきます。日本磁気学会も、磁石が引き寄せる力は、磁石と相手との距離や形によって変わると説明しています。
N極でもS極でも、鉄にくっつく？
棒磁石にはN極とS極がありますが、磁石になっていない普通の鉄なら、どちらの極を近づけても引き寄せられます。磁石を近づけるたびに、鉄の内部の磁石の向きがその磁界に合わせて変わるためです。
これは、磁石どうしを近づけたときの動きとは異なります。磁石どうしでは向きによって引き合ったり反発したりしますが、通常の鉄製クリップには、磁石のどちらの端からでもくっつけられます。
安全に試せる、クリップと紙の実験
使うものは、大きめの文具用マグネット1個、鉄製のゼムクリップ数個、紙1枚、アルミホイルです。強力な小型ネオジム磁石ではなく、扱いやすい普通のマグネットを使いましょう。
- 材質の違いを比べる：鉄製クリップとアルミホイルに、磁石をそれぞれゆっくり近づけます。どちらが引き寄せられるかを観察します。
- 紙を挟む：クリップの上に紙を1枚置き、その上から磁石を近づけ、紙越しでもクリップが動くか確かめます。
- 距離を変える：紙を数枚重ねて磁石とクリップの間隔を広げ、動き方が変わるかを比べます。
- クリップをつなぐ：磁石に一つ目のクリップをくっつけ、そこへ二つ目を近づけます。クリップが鎖のようにつながるかを見ます。
実験では、磁石を持つ高さやクリップの種類をできるだけ同じにして、一度に変える条件を一つだけにすると違いが分かりやすくなります。クリップが磁石についた後は、落下しないよう机の上で行ってください。
小さな磁石は子どもが飲み込む危険があります。特に複数の強力な小型磁石を組み合わせた製品は、誤飲すると体内で磁石同士が引き合い、重い事故になることがあります。国民生活センターは、そのようなマグネットセットを子どもに触れさせないよう注意喚起しています。小さな子どもがいる場所では、小型磁石を使わず、大人が安全を確認してください。