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途上国で理科を教えている友人から、
以下のメールが来ました。

私は物理を学んだことはあったのですが、
答えられずに困っています。

どうか、みなさんのお力をお貸し下さい。

以下、友人からのメールです。

「磁石の周りの磁界の強さを定量的に測りたいのですが、
機械を使わず測定できる方法は知りませんか?
日本では磁界の強さを測るセンサが売っていると聞いたのですが、
途上国ではそのような機械はなくて。
もしよろしければ、手作りで作れる実験器具などを用いて、
数値として計測できる方法を
ご存じでしたら教えて下さい。」

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A 回答 (6件)

磁界の強さを測るセンサというのはガウスメーターみたいなものですよね。

測定子は数百円で売っているものですしガウスメーター自体を自作してしまうことも可能なわけで...「手作りで作れる実験器具」というのにどこまで含んでいいのかが分からないのですし、どれくらいの年齢が対象の理科なのかにもよりますので、素人考えでの測定方法を。

・クリップや砂鉄をどのくらいの量持ち上げることができるかで測定
 そんなの小学生レベルじゃん!とか言いたくなるかもしれませんね。しかし砂鉄の量をきちんと計量すれば数値化はできますし、そうすれば相対的な強さは求めることができるかと思います。
 また紙の下に磁石、紙の上に砂鉄を置いて、紙をトントンたたき磁力線を目で見える状態にしてその大きさを記録するような使い方ができるかもしれません。
 ほかにもパイプの中に鉄球を入れてパイプの外に置いた磁石でそれを固定します。そしてパイプを傾けて何度のところで鉄球が転がってしまうかとかでもいいかもしれません。
 これらの場合は相当な測定誤差が出ると思いますが


・電磁石を使う方法
 磁石と電気を通している電磁石をくっつけます。そして電磁石が下になるように磁石を持ち上げてから少しずつ電磁石にかける電圧を下げます。そして電磁石が落ちたときの電圧を測定。
 この方法の難点は電磁石に電気を通さなくても磁石にくっついてしまい、そのままで落ちないことがある点。
 磁石を吊るし型のばねばかりに固定して、その下に置いた電磁石でひっぱって、"○○gの力にするには何ボルト必要"のように測るのもいいかもしれません。


・電磁誘導を使う方法
 #2さんの方法です。電流が流れるのは一瞬ですのでメーターはアナログ式の方がいいです。また磁石を動かす速さによって電圧が変わりますので一定の高さから落とすようにするといいと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

検流計を使う方法で、
一定の高さから落とすとい方法もあるんですね。

なるほど。

それ以外の方法も非常に参考になりました。

お礼日時:2005/06/29 19:27

精度はともかくとして、なるべく簡単な材料で測ることを考えてみました。



 方位磁石の側面に穴を開けておく。
 方位磁石を静磁界の中に置くと、方位磁針は磁力線の方向を向く。
 穴から棒を入れて、針を少しずらせる。
 棒を取り除くと、針は磁力線に沿った向きに戻ろうとして、ふらふらと減衰振動する。
 この振動の周期を測定すれば、磁界の強さがわかる。

基本的に振り子の振動と同様ですから、式も同じ形になると思います。
式中の重力加速度gの代わりに、磁界強度Hを用います。
 
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この回答へのお礼

感心するアイディアですね。
確かに大小の比較には用いることができそうですね。
しかも簡単な材料で。

ありがとうございます。

お礼日時:2005/07/01 22:26

状況が許せばホール素子が簡単です。


電池+ホール素子+マルチメータでできます。ホール素子は秋葉原で数百円で買えると思います。また小さいので手紙に貼り付けて送れます。現地に売っていない時はVTRやフロッピーのブラシレスモータはホール素子が入っているので廃棄品と腕があれば可能かも・・・。マルチメータは現地の電気の保守関係の人とか持っていないかな(3000円程度の物で可)・・テスターでは微妙かも
配線はホール素子の4端子の内2本を電池(できれば抵抗を入れて)2本をマルチになので簡単です。

電気関係が使えない状況では、鉄片の吸着力をバネの伸びで測るのはどうでしょうか。そのままでは安定しないので鉄片を木などの棒に付け途中に支点を設けて
反対が側にバネを付けて同じ位置になるまでのバネの伸びを測る方法です。

ホール素子はある業界にいたので自信はありますがバネのは想像です。

以上何かのヒントになれば・・
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

ホール素子を使うのですか。
なるほど。
ただ私にとっては組み立てが難しそうです。
もちろん友人にはどうかわかりませんが。

相談しながら伝えてみます。

お礼日時:2005/07/01 22:24

磁石の大きさがどの程度か、測定する空間の大きさはどの程度か、にもよるのですが、アイデアを2つほど。



用意するもの
方位磁石、空芯のコイル。

方法その1
・磁界の強さを測りたいところに方位磁石を置いて、磁力の向きを見る。
・磁石の磁力線に直角の向きに空芯コイルを置く
・コイルに電流を流すと合成された磁力線の向きが変わり方位磁石の角度が変わる
・コイルに流した電流値と、方位磁石の角度変化から元の磁石による磁界強度を算出する

方法その2
・磁界の強さを測りたいところに方位磁石を置いて、磁力の向きを見る。
・同じ方向に、磁界を弱める向きにコイルを置く
・コイルに流す電流を強くしていくと、コイルによる磁界=磁石の磁界 を通過したときに方位磁石は反転する
・このときにコイルに流した電流から、磁石の磁界強度を求める

#2さんの探りコイルを使う方法
できれば検流計には「衝撃検流計」(針がゆっくり振れるアナログ式の検流計で、最大の振れが、電流*時間に比例するようなもの)を使ったほうがよいかと思います。
あるいは、コイルに一工夫して、一定回転数で回るようにして、コイル両端電圧を交流の(高感度)電圧計で測定するか。

ホールセンサを購入,使用するのが一番楽なような気もしますが、、。
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昔、確か中学のとき夏休みに電力会社に見学に行ったときに見た実験で、うろ覚えなのですが…



検流計と「さぐりコイル」を用いて電磁誘導によって流れる電流を測定する方法です。

検流計に小型のコイルを接続して、量ろうとする磁束をコイル面に直角の方向に通しておき、コイルを磁界から急に出す、またはコイルの方向を直角に変えるなどすると検流計に電流が流れます。検流計の目盛りを読み取り、


磁束[Wb] = Φ 
検流計に流れる電気量 = Q
巻き数 = N
 とすると

Φ = Q ・R / N

の計算が成り立つ(はず)です。

(計算のところはあまり自信がありません。専門家の方のご意見を頂戴できればありがたいです。検流計がなくて一般的なテスターならどうなのか?もよくはわかりません。素人の考えですみません)

参考URLのFigure 2.9が考えている実験器具に近いです。

参考URL:http://cse.ssl.berkeley.edu/SegwayEd/lessons/exp …
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この回答へのお礼

式の考え方と参考URLを教えて頂きありがとうございます。

検流計を用いる方法は考えおりましたが、
自信がありませんでしたので、
ご回答に非常に感謝しております。

お礼日時:2005/06/29 19:22

あまり詳しく知らないところもあるのですが、思いつく方法書きます。



力を測定する方式がいいと思います。
フレミングの左手の法則で、磁界の直交する電線は力を受けますよね。F=BIL(Lは長さ)

その力(そんなに大きくない)を、天秤などを使って測ってみてはどうでしょう?電流と電線の長さを一定にして、力を測定すれば、磁束密度Bが出ます。

これならば、フレミングの法則というシンプルな法則の応用にもなると思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

私も実際に挑戦したことのない方法ですので、
再度調べた後、友人に伝えてみます。

お礼日時:2005/06/29 19:19

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Q磁場の強さの測定方法

磁場の強さを測定する方法にはどのようなものがありますか。

Aベストアンサー

直流か交流かもっと高周波か。非常に弱い磁場か強い磁場かで測定器(センサ)の種類が変わります。
SQUIDからMRセンサ、MIセンサ、フラックスゲートセンサ、ホール素子などは直流の低い磁場から計測出来ます。
単純なコイルやロゴスキーコイルなどは直流は計測できませんが交流磁場なら計測出来ます。電界も拾うのでシールディッドループ構造の磁界計測アンテナなどもあります。
1つのセンサで全てを計測できるものはありませんがホール素子などは一般的です。なお、温度ドリフトなどが問題になる場合もあります。市販の計測器には校正のためのゼロガウスチャンバが付属しています。(そこに入れてゼロ点を合わせます)

大雑把な計測の目安としては、地磁気以上のレベルか以下のレベルの測定かで方式が変わると思います。

Q磁気を遮断するもの

10mmくらいの間隔を置いて磁石が固定されており、お互いに引っ張りあっているものの間に、何かの物質により磁力を遮断することは可能でしょうか。
その磁力を遮断する物質は何でしょうか。教えて下さい。

Aベストアンサー

磁石の磁極は2種類(N極とS極)あり異種の磁極が引き合い、同種の磁極は反発しあいます。
また、一個の磁石は、必ずこの両極を持っています。

いま2個の磁石があり互いに引き合っているのですから、一つの磁石のN極と、もう一つの磁石のS極が引き合っていると思います。

一般に磁気を遮蔽するには、No.1,3の方の回答にありますように普通は透磁率の高い(磁石で付きやすい)金属を使うのですが、これは磁石が1個のときに、その磁石のN極の磁気とS極の磁気とを通りやすい物質でつないで、外に出ないように封じ込めます。
ところが、今回は磁石が2個なので、引き合っている間に透磁率の高い物質を入れると、それぞれの磁気がこの磁石で付きやすい物質を引きますので、遮断できないと思います。

>お互いの磁力が作用しなくなりそれぞれの糸がたるみ、磁石が落ちる。といった構造にしたいのですが。
このような作用をさせたいとすると、遮蔽する考えでなくて反発させるのが良いと思います。
つまり、シート状で両面が極になっている磁石を使用します。
2個の磁石の間にN極にはN極が、S極にはS極が向くように入れます。
これで、2個の磁石は、同極に相対しますから反発されるので落ちると思います。

もし馬蹄形の磁石でしたら、少し複雑になりますが、このシート状の磁石を2枚使って、それぞれの足で逆な極性にすることになりますね。

磁石の磁極は2種類(N極とS極)あり異種の磁極が引き合い、同種の磁極は反発しあいます。
また、一個の磁石は、必ずこの両極を持っています。

いま2個の磁石があり互いに引き合っているのですから、一つの磁石のN極と、もう一つの磁石のS極が引き合っていると思います。

一般に磁気を遮蔽するには、No.1,3の方の回答にありますように普通は透磁率の高い(磁石で付きやすい)金属を使うのですが、これは磁石が1個のときに、その磁石のN極の磁気とS極の磁気とを通りやすい物質でつないで、外に出な...続きを読む

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


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ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
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Q強力な電磁石の簡単な作り方

普通の磁石と同程度の磁力を持った電磁石の作り方を教えて下さい。
あるいは方法を紹介しているURLを教えて下さい。
材料はホームセンターで簡単に手に入るものに限定します。
電磁石を使ってアラゴーの円盤(電磁誘導)を実現するのが目的です。
(ネットで色々調べ、電池一個で強力な磁力を発生させているものも見かけましたが、
形状・サイズなど都合の良い材料がなかなか見つかりません。)

Aベストアンサー

(実験した事はありませんので、おそらく最大になるだろうという考察です)

まず、コイルは内径が大きく、外径が小さいほど良いです。
次に、コイルの幅は狭い方が良いです。
電流はたくさん流れる方が良いです。
巻き数は多いほうが良いです。

つまり、層は少ない方が良いが、巻き数は多い方が良いので相反しています。適度な巻き方を探す必要はあります。
次に、電池(電源)の内部抵抗と同じ抵抗のコイルを作る必要があります。(その時電力が最大になります)
電池だと直流のため、導線の抵抗値のみを考えればいい事になります。(コイルのインダクタンスは無視できる)
導線の抵抗値が1m辺り何オームなのかを測り、電源の内部抵抗を調べ、同じ抵抗値になる長さを切り出します。
なるべくコンパクトに巻きます。

次に鉄心です。
棒状の鉄心よりはE型のような形状の鉄心の方が磁束が逃げにくいため強力になると思われます。
Eの内側中棒にぎゅうぎゅうになるようにコイルを巻いた時が最大になると思います。

以上より、
1.途中までねじがきってある太目の鉄製のボルトにコイルをぎちぎちに巻きます。
2.鉄のお猪口(状のもの)の中心に先ほどのボルトがしまるねじをきります。(出来れば1のコイルの太さにぴったりの内径)
3.1と2をくっつけます。
コレで最大になるんじゃないかと思います。

無理ならコの字型の鉄材の真ん中にねじを切り、鉄心もダイスでねじをきり、コイルを巻いて取り付けます。
コの字の鉄材はレールのようなものをカット、鉄心は鉄の棒をカットすれば良いと思います。

電磁石をON,OFFするのなら鉄は焼き戻す作業が必要になります。
コレをしないと鉄が磁石になってしまいます。

棒状の磁石なら、コイルを端に巻く事が重要になると思います。
がんばってください。

参考URL:http://www.osaka-c.ed.jp/sog/kankoubutu16/kenkyuu16/pdf/b01/2.pdf

(実験した事はありませんので、おそらく最大になるだろうという考察です)

まず、コイルは内径が大きく、外径が小さいほど良いです。
次に、コイルの幅は狭い方が良いです。
電流はたくさん流れる方が良いです。
巻き数は多いほうが良いです。

つまり、層は少ない方が良いが、巻き数は多い方が良いので相反しています。適度な巻き方を探す必要はあります。
次に、電池(電源)の内部抵抗と同じ抵抗のコイルを作る必要があります。(その時電力が最大になります)
電池だと直流のため、導線の抵抗値の...続きを読む

Qガウスメーターについて教えてください

ガウスメーターとはなんですか?
測定原理、使用上の注意点、など具体的に教えていただけるとありがたいです。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

なぜ、このカテゴリーを選んだのかに少々疑問がありますが、
ガウスメーターといえば一般的には
電磁波測定計や磁束密度計
を挿します。(磁束密度計は、今はテスラメーターと呼ばれることもある)

用途は、場の電磁波状態を測定したり、磁場の磁束密度をそくていしたりします。
原理その他は機器の方式によって違いますから
検索等をされてみたほうが良いかと思います。

Q弱くなってしまった磁石を復活させるには?

こどものおもちゃになればと思い、東急ハンズで、I型とU型の磁石を買ってきたのですが、日が経つにつれ、チカラが弱くなってきました。いまでは安全ピンすらくっつきません。これって、いったいどうしたら復活させることができますか?ご存知の方がいらしたら、ぜひ教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

> 日が経つにつれ、チカラが弱くなってきました。

「減磁」という現象ですね。I 型と U 型をお持ちなら,使用していないときは互いに接続させておき,磁気回路を作っておくと減磁が少なくて済みます。黒色のフェライト磁石は減磁はほとんどないのですが,銀色のアルニコ磁石は,磁気回路を作っておかないとどんどん減磁していくので,保存の際は注意が必要です。

> いったいどうしたら復活させることができますか?

再度磁化する以外に方法はありません。減磁の様子から,お手元の磁石は恐らくアルニコ磁石ではないかと推測しておりますが,アルニコ磁石はほどほどの磁場でも磁気飽和させることができます。大型のネオジム磁石などの強力な磁石を買うか借りるかし,これをお手元の磁石と接続させれば,ほぼ元の状態に戻るでしょう。接続時間は一瞬で大丈夫です。加熱も不必要です。

Q磁力とはなんですか?

磁石に鉄を地が付けると付くのは判ります。電磁力などについても理解しているつもりです。でも、磁力の本質がわかりません。
物理学の本を見ても、あたりまえのように磁力・磁力線と言う用語が出てきます。
そこで質問です。磁力とはなんですか?

Aベストアンサー

磁力の本質というのは根元的な質問でどう答えるのか難しいですね。
現状では単磁極粒子(モノポール)は見つかっていないので、磁石は必ずNS極の対で存在します。
その基は電子のスピンと軌道によります。もちろん原子核も同様のスピン等による磁力を持っていますが、
一般的な現象はすべて電子による物と言えます。

つまり、電磁石と同じ、電荷の移動によって生じる力が磁力と言うことになります。

通常スピンは上向き下向きが揃うとエネルギーが低いために一般的な原子は、その電子のスピンなどが中和されて、磁力を外部に出さないため磁力に反応しない
鉄や希土類などの強磁性物質は、一部の電子のスピンが揃って(中和せずに)、磁性が生じているために磁石によく反応します。

理科年表などを確認していただくと磁化率をわずかでも持っていますので、全く反応しないわけではありません。
また、歳差運動により反磁性も存在します。強磁界に水を入れると反発します。
うまくすれば蛙などが浮く実験をやることが出来ます。

場の理論により、すべての力は粒子が介すると解釈できるのですが、その場合電磁力を介する粒子は光子です。
つまり磁力は光子と言うことも出来ます。

と言うのが現象的な説明になりますが、根本的に何者なのか、逆に電気力とは電荷とは何ですかと言う根本的な質問には答えられないですね。
これも当たり前の様に電気力、電気力線などと言う用語が出ます。
電磁波と言う波を作ることから、この世界の根本的な構成体のゆがみなのかもしれません。

磁力の本質というのは根元的な質問でどう答えるのか難しいですね。
現状では単磁極粒子(モノポール)は見つかっていないので、磁石は必ずNS極の対で存在します。
その基は電子のスピンと軌道によります。もちろん原子核も同様のスピン等による磁力を持っていますが、
一般的な現象はすべて電子による物と言えます。

つまり、電磁石と同じ、電荷の移動によって生じる力が磁力と言うことになります。

通常スピンは上向き下向きが揃うとエネルギーが低いために一般的な原子は、その電子のスピンなどが中和...続きを読む

Q1テスラはどれぐらいの力があるのか具体的に教えてください

磁石の強さを表す1テスラは具体的にどれぐらいの強さなのでしょうか。

例えば1テスラの力を持つ電磁石は、一体何キロまでの物体を持ち上げることができるのでしょうか。

大変素朴な疑問ですが、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

磁束密度(テスラ)は直接には力に換算できません。
磁束密度(の変化分)を圧力に換算し、そこから力に換算することになります。(正しくは、磁束密度と透磁率で決まる密度で空間にエネルギーがたまっているので、エネルギー密度の変化分を圧力に換算できる、かな)

空気中で1Tの磁束密度だと、大体4kgw/cm^2程度の圧力(概ね0.5Tが1気圧、1kgw/cm^2に相当して、換算圧力は磁束密度の自乗に比例する)になります。
断面が1cm角の電磁石なら4kg程度まで、1m角なら40t程度までを吊ることができる勘定になります。

Qエクセル STDEVとSTDEVPの違い

エクセルの統計関数で標準偏差を求める時、STDEVとSTDEVPがあります。両者の違いが良くわかりません。
宜しかったら、恐縮ですが、以下の具体例で、『噛み砕いて』教えて下さい。
(例)
セルA1~A13に1~13の数字を入力、平均値=7、STDEVでは3.89444、STDEVPでは3.741657となります。
また、平均値7と各数字の差を取り、それを2乗し、総和を取る(182)、これをデータの個数13で割る(14)、この平方根を取ると3.741657となります。
では、STDEVとSTDEVPの違いは何なのでしょうか?統計のことは疎く、お手数ですが、サルにもわかるようご教授頂きたく、お願い致します。

Aベストアンサー

データが母集団そのものからとったか、標本データかで違います。また母集団そのものだったとしても(例えばクラス全員というような)、その背景にさらならる母集団(例えば学年全体)を想定して比較するような時もありますので、その場合は標本となります。
で標本データの時はSTDEVを使って、母集団の時はSTDEVPをつかうことになります。
公式の違いは分母がn-1(STDEV)かn(STDEVP)かの違いしかありません。まぁ感覚的に理解するなら、分母がn-1になるということはそれだけ結果が大きくなるわけで、つまりそれだけのりしろを多くもって推測に当たるというようなことになります。
AとBの違いがあるかないかという推測をする時、通常は標本同士の検証になるわけですので、偏差を余裕をもってわざとちょっと大きめに見るということで、それだけ確証の度合いを上げるというわけです。

Q磁石は、重ねた場合と、並べた場合と、どちらが強力?

教えてください。

ネオジム磁石の反発力を利用した雑貨を企画しているのですが、いかに少ないコストで強い磁力を作れるか悩んでいます。

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そこで質問です。

同じ磁石を2個重ねても吸着力は2倍にならないことは分かったのですが、同じ磁石2個を1センチほど離して並べた場合は磁力が2倍になったりするのでしょうか?

Aベストアンサー

No.1です。
>やはり、多少なりとも離して並べないと、より強い磁力は得られないのでしょうか?
 びっしり敷き詰めたので良いです。
 電磁石で超強力な物は鉄心など芯は入りません。なぜなら磁束が飽和してしまうから。
 ただ、ネオジム磁石は割れやすく錆びやすくキュリー温度も低いので取り扱いには注意が必要です。


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