磁場とは何ですか。 磁界、磁界特性

私たちは学校で習った磁場のことを今でも覚えていますが、それが表すものは、すべての人の記憶に「浮かぶ」ものではありません。 これまで説明してきた内容を更新して、新しくて便利で興味深いことをお伝えしましょう。

磁場の測定

磁場は、移動する電荷 (粒子) に影響を与える力の場です。 この力場のおかげで、物体は互いに引き付けられます。 磁場には 2 つのタイプがあります。

1. 重力 - もっぱら素粒子の近くで形成され、その強さはこれらの粒子の特性と構造に基づいて異なります。
2. 動的、移動する電荷を持つ物体 (電流伝達体、磁化物質) で生成されます。

磁場の呼称は 1845 年に M. ファラデーによって初めて導入されましたが、電気的および磁気的な影響と相互作用は同じ物質場に基づいて行われると考えられていたため、その意味は少し間違っていました。 1873 年後半、D. マクスウェルは量子理論を「発表」し、そこではこれらの概念が分離され始め、以前に導出された力の場は電磁場と呼ばれるようになりました。

磁場はどのようにして現れるのでしょうか？

さまざまな物体の磁場は人間の目では認識できず、特別なセンサーのみがそれを検出できます。 顕微鏡スケールでの磁力場の出現の源は、次のような磁化された (帯電した) 微粒子の動きです。

• イオン。
• 電子。
• 陽子。

それらの動きは、各微粒子に存在するスピン磁気モーメントによって発生します。

磁場、それはどこで見つかりますか?

どんなに奇妙に聞こえるかもしれませんが、私たちの周りのほとんどすべての物体には独自の磁場があります。 多くの人の概念では、磁石と呼ばれる小石だけが磁場を持ち、鉄の物体をそれ自体に引き付けます。 実際、引力はすべての物体に存在しますが、それはより低い価数でのみ現れます。

また、磁力と呼ばれる力の場は、電荷または物体が移動している場合にのみ現れることも明確にする必要があります。

静止電荷には電気力場があります (移動電荷にも存在する可能性があります)。 情報源が判明したのは、 磁場スピーカー:

• 永久磁石。
• 引越し料金。

よく知られている 幅広い用途日常生活、職場、室内における磁場 科学研究。 交流発電機、電気モーター、リレー、粒子加速器、さまざまなセンサーなどのデバイスを挙げるだけで十分です。 磁場とは何か、そしてそれがどのように形成されるかを詳しく見てみましょう。

磁場とは何ですか - 定義

磁場は、移動する荷電粒子に作用する力の場です。 磁場の大きさはその変化率に依存します。 この特徴によれば、動的磁場と重力磁場の 2 種類の磁場が区別されます。

重力磁場は素粒子の近くにのみ発生し、素粒子の構造の特徴に応じて形成されます。 動的磁場の発生源は、移動する電荷または帯電物体、電流が流れる導体、および磁化された物質です。

磁場の性質

フランスの偉大な科学者アンドレ アンペールは、磁場の 2 つの基本的な特性を解明することに成功しました。

1. 磁場と電場の主な違いとその主な特性は、相対的なものであるということです。 帯電した物体を基準フレーム内で静止させ、近くに磁針を置くと、いつものように北を指すでしょう。 つまり、地球以外のフィールドは検出されません。 この帯電した物体を矢印に対して動かし始めると、回転し始めます。これは、帯電した物体が移動すると、電気的な場に加えて磁場も発生することを示しています。 したがって、磁場は移動する電荷がある場合にのみ発生します。
2. 磁場は別の電流に作用します。 したがって、荷電粒子の動きを追跡することによって検出できます。磁場内では荷電粒子が偏り、電流が流れる導体が移動し、電流が流れるフレームが回転し、磁化された物質が移動します。 ここで、通常は青く塗られた磁気コンパスの針を思い出してください。結局のところ、それは磁化された鉄の一部にすぎません。 地球には磁場があるため、常に北を向いています。 私たちの惑星全体は巨大な磁石です。北極には南磁帯があり、南地理極には北磁極があります。

さらに、磁場の特性には次のような特徴があります。

1. 磁場の強さは磁気誘導によって表されます。これは、磁場が移動する電荷に影響を与える強さを決定するベクトル量です。
2. 磁場には、一定タイプと可変タイプがあります。 1 つ目は、時間の経過とともに変化しない電場によって生成され、そのような場の誘導も一定です。 2 番目のものは、交流で電力を供給されるインダクタを使用して生成されることが最も多いです。
3. 磁場は人間の感覚では認識できず、特別なセンサーによってのみ記録されます。

地球の磁場

磁場は、運動状態に関係なく、移動する電荷や磁気モーメントを持つ物体に作用する力の場です。

巨視的な磁場の発生源は、磁化された物体、電流が流れる導体、および移動する帯電した物体です。 これらの発生源の性質は同じです。磁場は、荷電微粒子 (電子、陽子、イオン) の移動の結果として、また微粒子自身の (スピン) 磁気モーメントの存在によって発生します。

交流磁場は、電場が時間の経過とともに変化するときにも発生します。 次に、磁場が時間の経過とともに変化すると、電場が現れます。 詳しい説明電場と磁場の関係はマクスウェル方程式を与えます。 磁場を特徴付けるために、磁力線 (磁気誘導線) の概念がよく導入されます。

磁場の特性や物質の磁性を測定するには、 さまざまな種類磁力計。 CGS 単位系における磁場誘導の単位はガウス (G) です。 国際システム単位 (SI) - テスラ (T)、1 T = 104 G。 強度はそれぞれエルステッド (Oe) とメートルあたりのアンペア (A/m、1 A/m = 0.01256 Oe; 磁場エネルギー - Erg/cm2 または J/m2、1 J/m2 = 10 erg/) で測定されます。平方センチメートル。

コンパスが反応する
地球の磁場に

自然界の磁場は、その規模とそれが引き起こす影響の両方において非常に多様です。 地球の磁気圏を形成する地球の磁場は、太陽の方向に 7 万から 8 万 km、反対方向に数百万 km の距離まで広がっています。 地球の表面では、磁場は平均 50 μT、磁気圏の境界では約 10 -3 G です。 地磁気は、地球の表面と生物圏を太陽風や部分的な宇宙線の荷電粒子の流れから守ります。 磁気生物学は、地磁気そのものが生物の生命活動に及ぼす影響を研究します。 地球に近い空間では、磁場が高エネルギーの荷電粒子の磁気トラップ、つまり地球の放射線帯を形成します。 放射線帯に含まれる粒子は、宇宙に飛来する際に重大な危険をもたらします。 地球の磁場の起源は次のようなものと関係しています。 対流運動地球の核にある導電性の液体物質。

探査機を使った直接測定により、地球に最も近い宇宙体、月、金星、火星には、地球のような独自の磁場がないことがわかっています。 他の惑星から 太陽系木星とどうやら土星だけが、惑星の磁気トラップを作り出すのに十分な独自の磁場を持っています。 木星では最大 10 ガウスの磁場と多くの特徴的な現象が発見されています ( 磁気嵐、シンクロトロン電波放射など）、惑星のプロセスにおける磁場の重要な役割を示しています。

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太陽の写真
狭い範囲で

惑星間磁場は主に太陽風 (太陽コロナの継続的に膨張するプラズマ) の場です。 地球の軌道の近くでは、惑星間磁場は約 10 -4 ～ 10 -5 G です。 惑星間磁場の規則性は、さまざまな種類のプラズマの不安定性の発生、衝撃波の通過、太陽フレアによって生成される高速粒子の流れの伝播によって乱される可能性があります。

フレア、スポットやプロミネンスの出現、太陽宇宙線の誕生など、太陽上のすべてのプロセスにおいて、磁場は重要な役割を果たします。 ゼーマン効果に基づく測定により、黒点の磁場は数千ガウスに達し、プロミネンスは〜10〜100ガウスの磁場で保持されることが示されました（太陽の全磁場の平均値は〜1ガウス）。

磁気嵐

磁気嵐は、地球の磁場の滑らかな磁場を急激に破壊する強い擾乱です。 日周期地磁気の要素。 磁気嵐は数時間から数日間続き、地球全体で同時に観測されます。

原則として、磁気嵐は予備段階、初期段階、本段階、および回復段階で構成されます。 予備段階では、地磁気の小さな変化が（主に高緯度で）観察され、また特徴的な短周期の磁場振動が励起されます。 初期段階は、地球全体にわたる個々の場の成分の突然の変化によって特徴付けられ、主段階は、大きな場の変動と水平成分の大幅な減少によって特徴付けられます。 磁気嵐の回復段階では、磁場は通常の値に戻ります。

太陽風の影響
地球の磁気圏へ

磁気嵐は、太陽の活動領域からの太陽プラズマの流れが穏やかな太陽風に重畳されることによって引き起こされます。 したがって、磁気嵐は、太陽活動の 11 年周期の最大値付近でより頻繁に観察されます。 地球に到達すると、太陽プラズマ流は磁気圏の圧縮を増大させ、磁気嵐の初期段階を引き起こし、部分的に地球の磁気圏に侵入します。 高エネルギー粒子が地球の上層大気圏に侵入し、磁気圏に影響を与えると、その中で電流が発生して増大し、電離層の極域で電流の最大強度に達します。高緯度の磁気活動地帯。 磁気圏 - 電離層の電流システムの変化は、不規則な磁気擾乱の形で地表に現れます。

ミクロ世界の現象において、磁場の役割は宇宙規模と同じくらい重要です。 これは、物質の構造要素（電子、陽子、中性子）であるすべての粒子における磁気モーメントの存在と、移動する電荷に対する磁場の影響によって説明されます。

科学技術における磁場の応用。 磁場は通常、弱（最大 500 G）、中（500 G ～ 40 kG）、強（40 kG ～ 1 MG）、超強（1 MG 以上）に分けられます。 ほとんどすべての電気工学、無線工学、およびエレクトロニクスは、弱いおよび中程度の磁場の使用に基づいています。 弱い磁場と中程度の磁場は、永久磁石、電磁石、非冷却ソレノイド、超電導磁石を使用して得られます。

磁場発生源

すべての磁場の発生源は、人工と自然に分類できます。 磁場の主な自然発生源は、地球自体の磁場と太陽風です。 人工発生源には、私たちの世界に豊富に存在するすべての電磁場が含まれます。 現代世界、特に私たちの家。 詳細については、こちらをお読みください。

電気駆動車両は、0 ～ 1000 Hz の範囲の強力な磁場の発生源です。 鉄道輸送には交流が使用されます。 市内交通機関は一定です。 郊外の電気輸送における磁場誘導の最大値は75μTに達し、平均値は約20μTです。 DC駆動車両の平均値は29μTを記録。 戻り線がレールである路面電車では、トロリーバスの電線よりもはるかに長い距離にわたって磁場が打ち消し合い、トロリーバスの車内では加速中でも磁場の変動は小さくなります。 しかし、磁場の変動が最も大きいのは地下鉄内です。 列車の出発時、ホーム上の磁場は地磁気を超える50～100μT以上になります。 列車がトンネルの中に消えてから長い時間が経っても、磁場は以前の値に戻りません。 列車が電車との次の接続点を通過した後にのみ、磁場は古い値に戻ります。 確かに、時間がない場合もあります。次の電車がすでにホームに近づいており、速度が落ちると磁場が再び変化します。 車両自体の磁場はさらに強く、150〜200μT、つまり通常の電車の10倍です。

私たちが最も頻繁に遭遇する磁場の誘導値 日常生活以下の図に示されています。 この図を見ると、私たちは常にどこでも磁場にさらされていることがわかります。 一部の科学者によると、0.2 µT を超える誘導を伴う磁場は有害であると考えられています。 私たちの周りの畑の有害な影響から身を守るために、一定の予防措置を講じる必要があるのは当然です。 いくつかの簡単なルールに従うだけで、人体に対する磁場の影響を大幅に軽減できます。

現在の SanPiN 2.1.2.2801-10「SanPiN 2.1.2.2645-10 の変更と追加その 1」「住宅の建物および敷地内の生活条件に対する衛生的および疫学的要件」には、次のように記載されています。住宅用建物の敷地内のフィールドは 1.5 インチに等しく設定されています。 こちらも限界まで設定 有効な値周波数 50 Hz の磁場の強度と強さ:

• 住宅敷地内 - 5μTまたは 4A/分;
• 住宅用建物の非住宅敷地内、庭園区画の領域を含む住宅地内 - 10μTまたは 8A/分.

これらの基準に基づいて、特定の部屋でどれだけの電化製品の電源を入れてスタンバイ状態にできるかを誰もが計算したり、それに基づいて生活空間を正常化するための推奨事項を発行したりできます。

関連動画

小さい 科学映画地球の磁場について

使用した文献

1. ソビエト大百科事典。

以下も参照してください。 ポータル:物理学

磁場は、荷電粒子の流れおよび/または原子内の電子の磁気モーメント (および、程度は著しく低いものの、他の粒子の磁気モーメント) (永久磁石) によって生成されます。

さらに、時間的に変化する電場の存在下でも発生します。

磁場の主な強度特性は次のとおりです。 磁気誘導ベクトル (磁場誘導ベクトル)。 数学的な観点から見ると、これは、以下を定義および指定するベクトル場です。 物理的な概念磁場。 多くの場合、簡潔にするために、磁気誘導ベクトルは単に磁場と呼ばれます (ただし、これはおそらくこの用語の最も厳密な使用法ではありません)。

磁場のもう 1 つの基本的な特性 (磁気誘導に代わるものであり、磁気誘導と密接に関係しており、物理的値ではほぼ等しい) は次のとおりです。 ベクトルポテンシャル .

磁場は特別な種類の物質と呼ぶことができ、磁場を通じて、移動する荷電粒子または物体の間に磁気モーメントによる相互作用が発生します。

磁場は、電場の存在の（文脈上）必然的な結果です。

• 場の量子論の観点から見ると、電磁相互作用の特殊なケースとしての磁気相互作用は、基本的な質量のないボソン、つまり光子（電磁場の量子励起として表現できる粒子）によって運ばれます。たとえば、静的フィールドのすべての場合) - 仮想。

磁場発生源

磁場は、荷電粒子の流れ、時間とともに変化する電場、または粒子自体の磁気モーメントによって生成 (生成) されます (後者は、画像を均一にするために、形式的には電流に換算できます)。 ）。

計算

単純な場合では、電流が流れる導体の磁場 (体積または空間上に電流が任意に分布する場合を含む) は、ビオ・サバール・ラプラスの法則または循環定理 (アンペールの法則としても知られています) から見つけることができます。 原則として、この方法は静磁気学の場合（近似）、つまり、一定の場合（厳密な適用性について話している場合）、またはむしろゆっくりと変化する磁場と電場の場合（近似的な適用について話している場合）に限定されます。

さらに詳しく 困難な状況マクスウェル方程式の解として求められます。

磁場の発現

磁場は、粒子や物体の磁気モーメント、移動する荷電粒子 (または電流が流れる導体) への影響として現れます。 磁場中を移動する荷電粒子に作用する力はローレンツ力と呼ばれ、常にベクトルに対して垂直な方向に作用します。 vそして B。 粒子の電荷に比例する q、速度成分 v、磁場ベクトルの方向に垂直 B、および磁場誘導の大きさ B。 SI 単位系では、ローレンツ力は次のように表されます。

GHS 単位系では次のようになります。

ここで、角括弧はベクトル積を示します。

また、(導体に沿って移動する荷電粒子に対するローレンツ力の作用により)、電流とともに磁場が導体に作用します。 電流が流れる導体に作用する力をアンペア力といいます。 この力は、導体の内部を移動する個々の電荷に作用する力から構成されます。

2つの磁石の相互作用

日常生活における磁場の最も一般的な症状の 1 つは、2 つの磁石の相互作用です。同じ極は反発し、反対の極は引き付けられます。 磁石間の相互作用を 2 つの単極間の相互作用として説明したくなります。形式的な観点から見ると、この考え方は非常に実現可能であり、多くの場合非常に便利なので、(計算で) 実際に役立ちます。 しかし、詳細な分析は、これが実際には現象の完全に正しい説明ではないことを示しています（そのようなモデル内で説明できない最も明白な疑問は、なぜ単極子が決して分離できないのかという疑問です。つまり、なぜ実験で分離できないことが示されたのかということです）隔離された身体は実際には磁荷を持たない。さらに、このモデルの弱点は、巨視的な電流によって生成される磁場に適用できないことであるため、純粋に形式的な技術として考慮しない場合、それは単に結果を導くだけである。根本的な意味での理論の複雑化につながる）。

不均一な磁場に置かれた磁気双極子は、双極子の磁気モーメントが磁場と一致するように回転させる傾向のある力によって作用される、と言った方がより正確でしょう。 しかし、均一な磁場によって及ぼされる（全体の）力を受ける磁石はありません。 磁気モーメントを持って磁気双極子に作用する力 メートル次の式で表されます。

不均一な磁場から磁石 (単一点双極子ではない) に作用する力は、磁石を構成する基本双極子に作用するすべての力 (この式で決定される) を合計することで決定できます。

ただし、磁石の相互作用をアンペア力に還元するアプローチは可能であり、磁気双極子に作用する力に関する上記の式自体もアンペア力に基づいて得ることができます。

電磁誘導現象

ベクトルフィールド H SI システムではアンペア/メートル (A/m)、GHS ではエルステッドで測定されます。 エルステッド関数とガウス関数は同じ量であり、それらの分割は純粋に用語上のものです。

磁場のエネルギー

磁場エネルギー密度の増加は次のようになります。

H- 磁場の強さ、 B- 磁気誘導

線形テンソル近似では、透磁率はテンソル (これを表します) であり、それによるベクトルの乗算はテンソル (行列) 乗算です。

またはコンポーネント内で。

この近似におけるエネルギー密度は次のようになります。

- 透磁率テンソルの成分、 - 透磁率テンソルの行列の逆行列で表されるテンソル、 - 磁気定数

透磁率テンソルの主軸と一致する座標軸を選択すると、コンポーネントの式が簡略化されます。

- 独自の軸における透磁率テンソルの対角成分 (これらの特別な座標の残りの成分は、それらの座標内のみ! - ゼロに等しい)。

等方性線形磁石の場合:

- 比透磁率

真空中で:

インダクタ内の磁場のエネルギーは、次の式を使用して求められます。

Ф - 磁束、I - 電流、L - 電流によるコイルまたはターンのインダクタンス。

物質の磁性

基本的な観点からすると、上で述べたように、磁場は交流電場、荷電粒子の流れの形の電流によって生成されます (したがって、この段落の文脈では、弱めたり強めたりすることができます)。粒子の磁気モーメント。

さまざまな物質（およびそれらの混合物、合金、凝集状態、結晶の変化など）の特定の微視的構造と特性は、巨視的レベルでは外部磁場の影響下でまったく異なる挙動を示す可能性があるという事実につながります。 (特に、さまざまな程度に弱体化または強化します)。

これに関して、物質 (および環境一般) は、磁気特性に関して次の主なグループに分類されます。

• 反強磁性体は、原子またはイオンの磁気モーメントの反強磁性秩序が確立されている物質です。つまり、物質の磁気モーメントは反対の方向を向いており、強度は等しいです。
• 反磁性体は、外部磁場の方向に逆らって磁化される物質です。
• 常磁性物質は、外部磁場において外部磁場の方向に磁化される物質です。
• 強磁性体は、特定の臨界温度 (キュリー点) 以下で、磁気モーメントの長距離強磁性秩序が確立される物質です。
• フェリ磁石は、物質の磁気モーメントが反対方向を向いており、強度が等しくない材料です。
• 上記の物質群には、主に通常の固体または（一部の）液体物質のほか、気体も含まれます。 超伝導体とプラズマの磁場との相互作用は大きく異なります。

土岐風子

フーコー電流 (渦電流) は、巨大な導体を貫く磁束が変化するときに発生する、巨大な導体内の閉じた電流です。 それらは、導電体が存在する磁場の時間変化の結果として、または磁界内での物体の動きの結果として、導電体内に形成される誘導電流であり、磁界の変化につながります。身体またはその一部を通るフラックス。 レンツの法則によれば、フーコー電流の磁場は、これらの電流を誘導する磁束の変化を打ち消すように方向付けられます。

磁場に関する考え方の発展の歴史

磁石と磁気はずっと以前から知られていましたが、磁場の研究は 1269 年に始まり、フランスの科学者ピーター ペレグリン (メリクール騎士ピエール) が鋼鉄の針を使用して球形の磁石の表面に磁場をマークし、その結果、磁力線は 2 点で交差しており、彼はそれを地球の極になぞらえて「極」と呼びました。 ほぼ3世紀後、ウィリアム・ギルバート・コルチェスターはピーター・ペレグリナスの著作を利用し、地球自体が磁石であると初めて明確に述べた。 1600年に出版されたギルバートの作品 「デマグネテ」、科学としての磁気学の基礎を築きました。

3 つの発見が続けてこの「磁性の基礎」に挑戦しました。 まず、1819 年にハンス・クリスチャン・エルステッドは、電流が周囲に磁場を作り出すことを発見しました。 その後、1820 年にアンドレ マリー アンペールは、同じ方向に電流を流す平行なワイヤが互いに引き付け合うことを示しました。 最後に、ジャン・バティスト・ビオとフェリックス・サバールは、1820 年にビオ・サバール・ラプラスの法則と呼ばれる法則を発見しました。これは、あらゆる活線の周囲の磁場を正確に予測しました。

これらの実験を拡張して、アンペールは 1825 年に彼自身の成功した磁気モデルを発表しました。 その中で、彼は磁石内の電流の等価性を示し、ポアソンモデルの磁荷の双極子の代わりに、磁気が絶えず流れる電流ループに関連しているという考えを提案しました。 この考えは、磁荷を分離できない理由を説明しました。 さらにアンペールは、ビオ・サバール・ラプラスの法則と同様に、直流電流が作り出す磁場を正しく記述する法則を導き出し、磁場循環定理も導入されました。 また、この研究の中で、アンペールは電気と磁気の関係を説明するために「電気力学」という用語を作り出しました。

アンペールの法則に含まれる移動する電荷の磁場の強さは明示的には記載されていませんでしたが、ヘンドリック ローレンツは 1892 年にマクスウェルの方程式からそれを導き出しました。 同時に、古典的な電気力学の理論が基本的に完成しました。

20 世紀には、相対性理論と量子力学の出現により、電気力学に対する見方が広がりました。 アルバート・アインシュタインは、相対性理論を確立した 1905 年の論文で、電場と磁場が同じ現象の一部であることを示しました。 異なるシステムカウントダウン。 (移動磁石と導体問題 — 最終的にアインシュタインの特殊相対性理論の開発に貢献した思考実験を参照)。 最後に、量子力学と電気力学が結合されて、量子電気力学 (QED) が形成されました。

こちらも参照

• 磁気フィルムビジュアライザ

注意事項

1. TSB。 1973年、「ソビエト百科事典」。
2. 特定の場合には、磁場は電場が存在しなくても存在する可能性がありますが、一般的に言えば、磁場は、両方とも動的に (電場と磁場の相互による変数の相互生成)、電気的な場と深く相互接続されています。への移行中という意味で、 新しいシステム参考までに、磁場と電場は相互に表現されており、一般にそれらを無条件に分離することはできません。
3. ヤヴォルスキー B.M.、デトラフ A.A.物理ハンドブック: 第 2 版、改訂。 - M.: ナウカ、物理数学文献編集局、1985 年、- 512 ページ。
4. SI では磁気誘導はテスラ (T) で測定され、CGS システムではガウスで測定されます。
5. これらは CGS 単位系では正確に一致しますが、SI では一定の係数だけ異なります。もちろん、実際の物理的同一性の事実は変わりません。
6. ここでの最も重要かつ明らかな違いは、移動する粒子 (または磁気双極子) に作用する力が、 ではなく によって正確に計算されることです。 他の物理的に正しく意味のある測定方法でも、正確な測定が可能になりますが、正式な計算では、その方が便利であることが判明する場合があります。実際、これがこの補助量を導入するポイントです（そうでない場合は、補助量を使用せずに済みます）全体的に、のみを使用して
7. しかし、この「物質」の多くの基本的な特性は、「物質」という用語で指定できる通常の種類の「物質」の特性とは根本的に異なることを、私たちはよく理解する必要があります。
8. アンペールの定理を参照してください。
9. 一様な場の場合、すべての導関数はゼロに等しいため、この式は力をゼロにします。 B座標によって。
10. シヴキン D.V.一般物理コース。 - エド。 4番目、ステレオタイプ。 - M.: フィズマトリット; 出版社 MIPT、2004 年。 - T. III。 電気。 -656秒。 - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5。

磁場の特性が何であるかを理解するには、多くの現象を定義する必要があります。 同時に、それがどのように、そしてなぜ表示されるのかを事前に覚えておく必要があります。 磁場の強さの特徴を調べます。 このような磁場は磁石だけで発生するわけではないことが重要です。 この点で、地球の磁場の特性について触れても問題はありません。

フィールドの出現

まず、この分野の出現について説明する必要があります。 そうすれば、磁場とその特性を説明できます。 荷電粒子の移動中に現れます。 特にライブ指揮者に影響を与える可能性があります。 磁場と移動する電荷、または電流が流れる導体との間の相互作用は、電磁気と呼ばれる力によって発生します。

特定の空間点における磁場の強度または強度特性は、磁気誘導を使用して決定されます。 後者は記号 B で示されます。

フィールドのグラフィック表現

磁場とその特性は、誘導線を使用してグラフ形式で表現できます。 この定義は、任意の点での接線が磁気誘導ベクトルの方向と一致する線を指します。

これらの線は磁場の特性に含まれており、磁場の方向と強度を決定するために使用されます。 磁場の強度が高くなるほど、より多くの線が描画されます。

磁力線とは何ですか

電流が流れる直線の導体の磁力線は同心円の形状をしており、その中心は所定の導体の軸上にあります。 電流が流れる導体の近くの磁力線の方向は、ギムレットの法則によって決まります。これは次のようになります。ギムレットが電流の方向に導体にねじ込まれるように配置されている場合、ハンドルの回転方向はそれに対応します。磁力線の方向へ。

電流が流れるコイルでは、磁場の方向もギムレットの法則によって決まります。 ソレノイドの回転の電流の方向にハンドルを回転させることも必要です。 磁気誘導線の方向は、ギムレットの並進運動の方向に対応します。

それが磁場の主な特徴です。

同一条件下で単一の電流によって生成される磁場は、媒体が異なると物質の磁気特性が異なるため、媒体ごとに強度が異なります。 媒体の磁気特性は、絶対透磁率によって特徴付けられます。 ヘンリー/メートル (g/m) で測定されます。

磁場の特性には、磁気定数と呼ばれる真空の絶対透磁率が含まれます。 媒体の絶対透磁率が定数から何倍異なるかを決定する値を比透磁率と呼びます。

物質の透磁率

これは無次元量です。 透磁率の値が 1 未満の物質は反磁性と呼ばれます。 これらの物質では、磁場は真空中よりも弱くなります。 これらの性質は、水素、水、石英、銀などに存在します。

透磁率が 1 を超える媒体は常磁性と呼ばれます。 これらの物質では、磁場は真空中よりも強くなります。 これらの環境および物質には、空気、アルミニウム、酸素、プラチナが含まれます。

常磁性物質と反磁性物質の場合、透磁率の値は外部磁場の電圧に依存しません。 これは、ある物質の量が一定であることを意味します。

特別なグループには強磁性体が含まれます。 これらの物質の透磁率は数千以上に達します。 これらの物質は磁化されて磁場を強化する特性があり、電気工学で広く使用されています。

場の強さ

磁場の特性を判断するには、磁気誘導ベクトルとともに磁場強度と呼ばれる値を使用できます。 今期外部磁場の強さを決定します。 すべての方向で同一の特性を持つ媒体内の磁場の方向、強度ベクトルは磁場の点での磁気誘導ベクトルと一致します。

強磁性体の強さは、強磁性体の中に任意に磁化された小さな部品が存在することで説明され、それは小さな磁石の形で表すことができます。

磁場がないと、強磁性物質は顕著な磁気特性を持たない可能性があります。これは、磁区の磁場が異なる方向を取得し、その合計磁場がゼロになるためです。

磁場の主な特性によれば、強磁性体が外部磁場、たとえば電流が流れるコイル内に置かれると、外部磁場の影響を受けてドメインが外部磁場の方向に回転します。 さらに、コイルの磁界が増加し、磁気誘導が増加します。 外部磁場が十分に弱い場合、すべての磁区の一部だけが反転し、その磁場の方向が外部磁場の方向に近くなります。 外部磁場の強度が増加するにつれて、回転する磁区の数が増加し、外部磁場電圧がある値になると、ほぼすべての部品が回転し、磁場が外部磁場の方向に配置されます。 この状態を磁気飽和といいます。

磁気誘導と張力の関係

強磁性体の磁気誘導と外部磁場の強さの関係は、磁化曲線と呼ばれるグラフを使用して表すことができます。 曲線グラフが曲がる点では、磁気誘導の増加率が減少します。 曲げ後、張力が一定値に達すると飽和が起こり、曲線はわずかに立ち上がり、徐々に直線の形状になります。 この領域では、誘導は依然として成長していますが、むしろゆっくりと、外部磁場の強さの増加によるものにすぎません。

指標データのグラフ依存性は直接的ではありません。つまり、それらの比率は一定ではなく、材料の透磁率は一定の指標ではなく、外部磁場に依存します。

材料の磁気特性の変化

強磁性コアを備えたコイルで電流の強さが完全に飽和するまで増加し、その後減少すると、磁化曲線は減磁曲線と一致しなくなります。 強度がゼロの場合、磁気誘導は同じ値を持ちませんが、残留磁気誘導と呼ばれる特定の指標が得られます。 磁気誘導が磁化力に遅れる状況をヒステリシスといいます。

コイル内の強磁性コアを完全に消磁するには、逆電流を流す必要があり、これにより必要な電圧が発生します。 強磁性物質が異なれば、必要な長さも異なります。 大きいほど消磁に必要なエネルギーが大きくなります。 材料が完全に消磁する値を保磁力といいます。

コイル内の電流がさらに増加すると、誘導は再び飽和まで増加しますが、磁力線の方向は異なります。 逆方向に消磁すると残留誘導が発生します。 残留磁気の現象は、残留磁気指数の高い物質から永久磁石を作成するために使用されます。 電気機械やデバイスのコアは、再磁化する能力のある物質から作られています。

左手の法則

電流が流れる導体に影響を与える力は、左手の法則によって方向が決まります。つまり、磁力線が入るように手のひらを置き、4 本の指を電流の方向に伸ばしたときです。導体が曲がっている 親指力の方向を示します。 この力は誘導ベクトルと電流に対して垂直です。

磁場中を移動する電流が流れる導体は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気モーターのプロトタイプと考えられます。

右手の法則

導体が磁場内で移動すると、導体内に起電力が誘導されます。その値は、磁気誘導、関与する導体の長さ、およびその移動速度に比例します。 この依存性を電磁誘導といいます。 導体に誘導される起電力の方向を決定するときは、次の規則を使用します。 右手: 右手を左手の例と同じように配置すると、磁力線が手のひらに入り、親指が導体の移動方向を示し、伸ばした指が誘導起電力の方向を示します。 外部の機械力の影響下で磁束内を移動する導体は、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される発電機の最も単純な例です。

これは別の方法で定式化することもできます。閉ループでは EMF が誘導され、このループがカバーする磁束が変化すると、ループ内の EMF はこのループをカバーする磁束の変化率と数値的に等しくなります。

この形式は平均的な EMF 指標を提供し、磁束ではなくその変化率に対する EMF の依存性を示します。

レンツの法則

また、レンツの法則も覚えておく必要があります。回路を通過する磁場が変化すると電流が誘導され、その磁場がこの変化を防ぎます。 コイルの巻線に異なる大きさの磁束が侵入する場合、コイル全体に誘導される EMF は、さまざまな巻線の EDE の合計に等しくなります。 コイルの異なる巻数の磁束の合計は鎖交磁束と呼ばれます。 この量と磁束の測定単位はウェーバーです。

回路内の電流が変化すると、回路が生成する磁束も変化します。 この場合、電磁誘導の法則により、導体の内部に起電力が誘導されます。 導体の電流変化に伴って現れるため、この現象を自己誘導と呼び、導体に誘導される起電力を自己誘導起電力と呼びます。

鎖交磁束と磁束は、電流の強さだけでなく、特定の導体のサイズと形状、および周囲の物質の透磁率にも依存します。

導体のインダクタンス

比例係数は導体のインダクタンスと呼ばれます。 これは、電気が通過するときに導体が鎖交磁束を生成する能力を指します。 これは電気回路の主要なパラメータの 1 つです。 特定の回路では、インダクタンスは一定の値です。 それは回路のサイズ、構成、媒体の透磁率によって異なります。 この場合、回路内の電流の強さと磁束は問題になりません。

上記の定義と現象は、磁場が何であるかを説明します。 磁場の主な特徴も示されており、それを利用してこの現象を定義できます。