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方位磁石とは|仕組みを知り、見方と使い方を図解解説!

小学三年生の「理科のテスト」に下記のような問題があります。

小学3年生 理科のテスト

さて、「磁石」という漢字を知らない世の中の小学三年生がラクラクと解答しているこの問題、答えることができますか?もしくは、この答えをわかりやすく10才の子供に説明することはできますか?

この記事では「方位磁石」の仕組み、その使い方などを(なるべく子供にもわかりやすいように)解説していきます。

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方位磁石の仕組みについて

上記の問題の解答は以下になります。

「方位じしんのNきょくが北をさすということは、ちきゅうの北はNきょくと引き合うSきょくになっていて、方位じしんのSきょくが南をさすということは、ちきゅうの南はSきょくと引き合うNきょくになっているから。つまり、ちきゅうが、大きなじしゃくになっているから」

いかがでしょうか。正解することはできましたか?とりあえず、その仕組みを一つずつ紐解いてみましょう。

磁石とは

さて、大人の方は小学三年生まで時を巻き戻してみましょう。

今日の3時間目は「理科」の授業です。先生は「磁石」を持って砂場に集まりなさいと言っていたので、友達と一緒に砂場に向かいます。すると、待ち構えていた先生が言います。

「それでは磁石を紐で結んだら、砂場をズリズリと引きずってみましょう」

磁石に砂がくっついた様子

さっそく先生の言うとおりにしてみると、画像のように砂が磁石にくっついていきます。なんとも不思議です。

このように「鉄」などを引き寄せる性質を持つものを「磁石」と呼びます。「磁石」には方向性を持つ2つの「極」があり、それぞれ「N極」「S極」と呼びます。この2つの「極」は「磁石」に必ずどちらも存在していて、仮に1個の磁石を半分に割ったとしても「N極」だけの磁石や「S極」だけの磁石はできません。1個の磁石を半分にしたら、単純に2つの磁石が出来上がるだけ

この「磁極」と呼ばれる「N極」と「S極」は相互関係にあり、「N」と「S」は引き合い、「N」と「N」、「S」と「S」の同じ極同士は反発しあいます

その力関係を表したものが画像のような「磁力線」となり、これを「磁場」と言います。

磁気とは

磁界

小学三年生の話から、今度は中学二年生の理科の話になります。

よく言われるのが「磁気」と「電気」の関係性です。先述のように「磁気」には必ず「N極とS極」が存在しますが、同じように「電気」にも「正電荷(+)と負電荷(-)」が存在します。ただし、「磁気」と違い、「電気」は「正電荷」のみ、「負電荷」のみと単独で存在することができます。

冬場になるとパチッと静電気が起きやすくなりますが、これは「人に帯電」している正電荷(+)と「金属などに帯電」している負電荷(-)が移動した時に起きるもの。

「電気」というのは+でも-でも単独で存在できるのですが、磁石と同じように、できれば+も-も同じ数になるようにバランスをとりたがるのです。

なので、+をたくさん持っている人間が-だらけの金属に触れると、お互いに「+をちょうだい!」「-をちょうだい!」と急に手を結び始めるのでパチッと電気が発生すると。

このパチッとした電気の周りには「磁界」と呼ばれる磁石の力が生まれます。静電気程度では微弱な磁界になりますが、いずれにしても電気の周りには磁気が存在し、逆もまた然り、磁気のまわりには電気が存在するのです。

その実験が中学校で習う「モーター」の仕組みになります。

コイルの中で磁石がグルグルまわると電気が発生する、あれですね。ミニ四駆も、IHコンロも、建築現場で使う発電機も、すべてこの仕組みになっています。そして、この仕組みを「電磁誘導」と呼びます。

磁場とは

地球全体が大きな磁石

コイルの中で磁石をグルグル回すと電気が発生するように、電流が流れるコイルをグルグルまわすと磁気が発生します。その最たるものが、私たちが住む地球です。

マントルと呼ばれる地球の内部のさらに核となる部分にはコイルのような金属がたくさん溶けていて、それが常に自転によってグルグル回転しています。

その速さは時速約1700km。音速が時速1225kmですから、音が伝わるよりも早く地球はグルグル回転していて、その中心ではとんでもない量の金属がグチャグチャにかき混ぜられているのです。

すると地球の中心に巨大な磁石が出来上がるという。その磁力が地表に出てきたものが磁場であり、その磁場のことを「地磁気」と呼びます。

そして、「地磁気」の「S極」を「北磁極(ほくじきょく)」、「N極」を「南磁極(なんじきょく)」と呼び、それぞれが地球の極地に近い場所にあります。

そのため、地球全体が大きな磁石になっていると言えるのです。

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方位磁石の見方と使い方

方位磁石

小学三年生のとき、バケツや洗面器に水を張って、そこに棒磁石を浮かべる実験をしたことはあるでしょうか。

動画のように、磁石を水に浮かべるとN極は必ず「北の方角」を向きます。このように磁界と重力の影響しかない場所で自在に回転ができる磁石のことを「方位磁石」と呼びます。

ちなみに磁極である「N極」と「S極」のアルファベットは、単純に北(North)を向くからN極、南(South)を向くからS極と呼ばれています。

文房具屋さんや100円ショップで購入する磁石に表記されている「N極」は、動画の方法で調べるとすべて北を向くようになっています。

方位磁石の使い方

では、実際に方位磁石で方角を調べてみましょう。

1.方位磁石を平らに持ちます
2.色がついた針先に文字盤の北を合わせます

以上、とても簡単ですね。イマイチ、よくわからないという方は、下記のNHK講座を見てみましょう。

シルバ方位磁石の使い方

※画像はWikipediaより
同じ方位磁石でも「シルバ」と呼ばれる登山やハイキングなどで使用する方位磁石があります。通常の方位磁石に定規や拡大鏡が付属し、方位の目盛りもカチカチと動かすことができます。

この「シルバ」、地図と組み合わせることで行先や現在地の確認を行うことができるのですが、事前に準備をしておかなければいけないことがあります。

それは「偏角」もしくは「北磁極」を出して「磁北線」を地図に引いておくこと。

使い方については下記の動画がわかりやすいので、参考にして頂ければと思います。

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(まとめ)方位磁石がくるってしまった時は

方位磁石を強い磁石のそばに置きっぱなしにしてしまったりすると磁針がくるうことがあります。そんな時に簡単に直す方法が「磁石は磁石で直す」というもの。

アルニコ磁石

アルニコ磁石といわれる、画像のような棒磁石で方位磁石の針を1回だけなぞると、不思議なことに方位磁石はもとに戻ります。

ここでの注意点は「針をなぞるのは1回だけ」にすること。何度もなぞってしまうと、方位磁石は直ったりくるったりを繰り返してしまいます。

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