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導体パイプの中を円盤状の磁石が落下する時、磁石の落下運動を妨げる向きに力が働くんですよね。一つずつ考えていくと、力の向きが変になってしまいます。どこが間違っているのか、お助け下さい。

①上部がS極、下部がN極の磁石を落下させると、磁石の上側では磁力線が減っていき、下側では磁力線が増えていく。

②その結果、パイプを真上から見ると磁石の上側では時計回り、磁石の下側では反時計回りに誘導電流が流れる。

③誘導電流が作る磁場の向きは、磁石内では中心から外側に向かって放射状になる。(右手の法則より、磁石の上側からの磁場も磁石の下側からの磁場も、同じ向きになる。

④磁石内の電子は落下中なので、電流の向きで考えると上へ向かっている。

⑤③の磁場の向きと④の電流の向きでフレミングの左手を使うと、磁石にかかる力は真上から見て反時計回りになって落下運動を妨げる向きにならない。あれ?

質問者からの補足コメント

  • パイプは中が空洞で、その中を磁石が落ちます。

    「渦電流(パイプ中を落ちる磁石)の詳しい考」の補足画像1
      補足日時:2017/11/09 21:48
  • 「誘導電流によって生じる磁界で磁石の運動が妨げられる」というふうに考えないとダメみたいですが、磁石に働く力を考えるのに、磁石中の電子に働く力を考えてはいけない理由はなんですか?

      補足日時:2017/11/10 07:47

A 回答 (6件)

No.3です。

「補足」およびNo.3の「お礼」に書かれたことについて。

>③から⑤までの考え方をしてはダメということなんでしょうか。「磁石に働く力」を考える時に、磁石の中の電子に働く力を考えるとうまくいかない理由はなんでしょうか?

「磁石の中の電子に働く力」で生じるのは「磁石の中の渦電流」であって、その力が磁石の落下を妨げる力になるわけではありません。
磁石の落下をさまたけるのは、「磁石自体の持つ磁場」と「管の渦電流で生じる逆向きの磁場」の相互作用です。

「磁石の中の電子に働く力」で生じる「磁石の中の渦電流」の結果生まれる「磁石の磁場」は、磁石の磁場自体を強くする方向で、これまた「管の渦電流で生じる逆向きの磁場」との相互作用で「落下を妨げる」方向に働きます。

>磁石に働く力を考えるのに、磁石中の電子に働く力を考えてはいけない理由はなんですか?

ダメなのではなく、「電子に働く力」(これは磁石の中で自由に動くので、磁石に対する力にはならない)と「磁石自体に働く力」(言ってみれば磁石の「磁気双極子」に働く力で、これは磁石の中で動かない)を混同してはいけない、ということです。
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この回答へのお礼

再度のご回答ありがとうございます。誘導電流とそれによる磁場の発生って無限に続くんじゃないかと思って混乱していましたが、どれも直前の効果を妨げる働きなんですね。磁石中の過電流が磁石自体の運動を妨げないというのも納得です。考えのまずい点を指摘いただいて、ありがとうございました。

お礼日時:2017/11/10 09:34

磁界の中で電気が発生する条件は磁束を横切る事です。

磁束と並行した動きでは何も起きません。参考になりませんか。
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この回答へのお礼

何度もすみません。誘導電流が作る磁界の向きは右ねじの法則から、磁石内では外側に向かう向きになると思います。それと、磁石中の電子の動きによる電流は垂直になっています。

誘導電流による磁界までは考える必要はないですか?さきほどのお答えで、磁石の中の電子の運動は考えてはいけないんだとわかってきましたが、なんとなくしっくりしません。高校の範囲では、最初に教えていただいたように「磁石と磁石の磁力」で理解するしかないですか?

お礼日時:2017/11/10 08:45

➃の考えはどこから?


磁石はあくまでN、Sでいいのでは。磁石内の電子が....理解できませんが。
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この回答へのお礼

➃の考えはどこから?

例えば2本の平行電流に働く力を考える時は、相手の電流が作る磁場の向きと自分(力を受ける側)の電流の向きを使って、力の向きを出していたので、同じように考えたつもりでした。

力を受ける物体の電子の動きを電流として考えるといいかと思ったんですが、これがだめなんですね。この考え方がどの場合によくてどの場合にだめなのか、まだはっきりしませんが、「磁石はただのNとS」ということでなんとなくわかってきたような気もしないでもありません。

お礼日時:2017/11/10 08:34

要するに「レンツの法則」で、磁石の作る「磁界の変化」に逆らう磁界を発生させるように誘導電流が発生します。


http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/dennji/re …
http://hegtel.com/Lenz.html
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。レンツの法則で誘導電流が発生するところ(質問の②まで)は、わかるんですよ。他の方のご回答でうすうす気が付いてきましたが、③から⑤までの考え方をしてはダメということなんでしょうか。「磁石に働く力」を考える時に、磁石の中の電子に働く力を考えるとうまくいかない理由はなんでしょうか?

お礼日時:2017/11/10 07:41

いつの間にか追加の添付がついていて、重複しますが説明します。


お尋ねの件は反起磁力、反作用の事です。磁束の変化があると、その変化を打ち消すような磁束を生み出すために、周囲の導体(コイルや金属体)には電流が流れます。その電流の向きは、変化する磁束を打ち消す方向になります。磁束が増加していくときは減少させる方向に、減少していく場合は増加させる方向になります。この原理は変圧器や発電機等に応用されています。電流と磁束の関係は、フレミングの右手の法則通りです。パイプの中のN極が近づいてくると押しのける方向に、N極が発生します。N極が遠のいていく場合は引き戻すように、S極が発生します。添付の図の電流の向きが、磁石の上と下で違っているのはこの理由によるものです。以上、ダラダラと記述しました。質問があればどうぞ。
「渦電流(パイプ中を落ちる磁石)の詳しい考」の回答画像2
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この回答へのお礼

図までつけていただいてありがとうございます。書いて下さったように、「N極が近づくと反発するようにN極が発生するような誘導電流が流れる」ことまではわかるんですよ。磁石の運動を妨げる方向に働く力を考える時に、磁石中の電子に働く力を考えるんじゃなくて、磁石の同極同士が反発する磁力で考えないとおかしなことになるってことなんでしょうかね。きちんと現象を理解したいんですが、なんかもやもやしてます。

お礼日時:2017/11/10 07:35

この実験のことでしょうかね。

原理を詳しく解説してくれれば助かります^^
「渦電流(パイプ中を落ちる磁石)の詳しい考」の回答画像1
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。教科書に出ていた図を添付しましたので、よろしくお願いします。
(教えていただいた図は、見たことがありません。。)

お礼日時:2017/11/09 21:49

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