主な違い – 硬質鉄 vs 軟質鉄

強磁性体とは、外部磁場がなくても磁化を持つことができる物質です。

磁性体には、軟磁性体と硬磁性体の2つのグループがあります。

鉄は強磁性体の代表格です。

鉄にも硬質鉄と軟質鉄の2種類があります。

この分類は、鉄の磁気的性質に基づいて行われます。

硬い鉄と軟らかい鉄の大きな違いは、硬い鉄は一度磁化すると消磁できないのに対し、軟らかい鉄は一度磁化すると消磁できることです。

ハードアイアンとは

硬質鉄は磁化することで永久磁石になりますが、一度磁化すると簡単には磁化を取り除くことができません。

つまり、硬い鉄は一度磁化されると減磁が難しいか、不可能なのです。

鉄の磁性は、原子の中の電子の動きに由来しています。

電子は1個1個にスピンを持っています。

スピンは、電子が持つ角運動量の固有形態です。

原子は、電子が位置する軌道で構成されています。

1つの軌道には、最大で2個の電子を入れることができます。

この2つの電子は、それぞれ逆のスピンを持っています。

鉄では、隣り合う原子が互いにスピンを揃えている。

その結果、”ドメイン “と呼ばれるものができるのです。

ドメイン、あるいは磁区とは、磁性体の中で磁化の方向が一様な領域のことである。

この均一な方向性は、原子の並び方によってもたらされる。

磁化されていない鉄の棒を磁場の中に置くと、磁区の磁化の方向は磁場の方向に向かって移動する傾向があります。

これにより、磁区は磁界の方向と一直線に並ぶ。

このとき、磁区の面積も広がります。

これが鉄の磁化と呼ばれるものです。

図1: 永久磁石

硬い鉄では、この磁区の移動は不可逆的です。

つまり、硬い鉄の磁区は、磁界を取り除くと元の位置に戻らない。

そのため、硬い鉄は永久磁石としてよく使われる。

軟鉄とは

軟鉄とは、わずかな磁界の変化で容易に磁化・脱磁する鉄のことです。

軟鉄は金属の柔らかな性質を指すのではなく、実は軟鉄も硬い金属鉄です。

しかし、硬い鉄とは異なり、磁界の方向へシフトした磁区は、初期状態へ戻すことができる。

つまり、可逆的なのだ。

ただし、戻った磁区はランダムな配列になる。

電磁石の製造には軟鉄が使われる。

そのため、磁場のON/OFFが可能。

軟鉄に針金を巻きつけ、その両端を電池に接続すると電磁石ができる。

電線に電流を流すと、これが磁石として作用する仕組みだ。

すると、軟鉄棒のドメインが印加された磁場の方向に揃い、磁場の強さが数倍にもなります。

硬い鉄と軟らかい鉄の違い

定義

硬い鉄：一旦磁化されると消磁しにくい鉄。

軟鉄：磁界を少し変えるだけで容易に着磁・脱磁する鉄を軟鉄という。

素材

硬質鉄：硬い磁性材料です。

軟鉄：軟磁性体です。

磁化

硬い鉄：磁化された硬い鉄は容易に消磁できない。

軟鉄：磁化された軟鉄は減磁することができる。

アプリケーション

硬質鉄：永久磁石として使用されます。

軟鉄…電磁石として使用される。

結論

鉄は、磁性によって硬い鉄と軟らかい鉄に分類されます。

硬い鉄と軟らかい鉄の大きな違いは、硬い鉄は一度磁化すると消磁できないのに対して、軟らかい鉄は一度磁化すると消磁できることです。