電磁石のコイル。正しい巻き方として・・・

小学校などの理科の実験で、鉄にエナメル線を巻きつけて電磁石を作った記憶が
あるのですが、未だにはっきりとわからない点があります。

(1)コイルを巻きつける際、２重にならないように巻く事。
(2)同じく巻きつけの際、偏りが出ない（コブを作らない）ように巻く事。

この２点を言われたのですが、どうしてなのか、それを怠るとどうなって
しまうのか、明確な理由をどなたか教えてください。
よろしくおねがいします。

No.4 ベストアンサー 回答者： vortexcore 回答日時： 2002/01/15 23:05

何人かの方が回答されていますが、正確には（本当に厳密なことをいうとちょっと違うのですが）ターンとか巻き数は「単位長さあたりの巻き数」です。

つまり、発生できる磁場の強さは、流す電流と「単位長さあたりの巻き数」に比例します。いいかえると、

(a) なるべく密にエナメル線を巻いて
(b) なるべくたくさん電流を流す

と強い電磁石になります。したがって、ご質問の(1)はちょっと疑問です。何重にも重ねた方が強い電磁石になります。(2)はそうした方が密に巻けるからです。

ちなみに心棒が何であっても、電流さえバンバン流せばいくらでも強い電磁石が作れます。現在では定常的に40テスラ級（1テスラは10000ガウス。磁気でコリをほぐすという商品が1000ガウスくらい）の磁場を発生する電磁石が作られています。もっともこのような巨大電磁石になると、様々なノウハウがあって釘にエナメル線を巻くようなわけにはいきませんが。

日本はこのような巨大電磁石に関しては世界のトップクラスにあります。（電力事情の関係で世界記録はアメリカ）下記URLをご覧下さい。

http://akahoshi.nims.go.jp/jap/syokai.html
http://www.hflsm.imr.tohoku.ac.jp/

この回答へのお礼

ありがとうございました。
なるほど。。。重ねた方が強い電磁石になりますよね。
非常に参考になりました。

お礼日時：2002/01/17 09:10

No.6 回答者： siegmund 回答日時： 2002/01/16 01:25

ymmasayan さん：

>>　発生できる磁場の強さは、流す電流と「単位長さあたりの巻き数」に比例します。
> これは、無限長ソレノイドの話ではありませんか。

無限長ソレノイドの話だということはその通りです．
無限長ソレノイド(簡単のため空芯で真空中とします)の
内部の磁場の強さを H としますと，
(1)　　H = nI
であることが知られています．n は「単位長さあたりの巻き数」，I は流す電流．
磁束密度 B で表すなら
(2)　　B = μ0 nI
です，μ0 はいわゆる真空の透磁率(定数)です．
磁場を H で表すか B で表すかなどの問題があるので，
vortexcore さんは単に比例すると書かれたのでしょう．
いずれにしろ，ソレノイドの長さがかかるわけではありません．

有限長のソレノイド(十分密に巻いてある)の軸上の磁場は
(3)　　H = (nI/2) (cosθ1 - cosθ2)
であることが知られています．

　Ａ──────────Ｂ
　　＼　　　　　　　　／
　　　＼　　　　　　／
　　　　＼　　　　／
　　　　　＼　　／
＿＿＿＿＿＿＼／＿＿＿＿＿＿＿＿＿Ｃ
　　　　　　 Ｐ




　A'──────────B'

図はソレノイドの断面図．
AA' と BB' がソレノイドの端です．
(3)はＰ点での磁場．
∠APC = θ2，∠BPC = θ1 です．
無限長ソレノイドなら，θ1 = 0，θ2 = π ですから，
このときは(3)は(1)に帰着します．

この回答へのお礼

長さがかかるわけではなく、透磁率が影響しているんですね。
ちょっと専門的になってきた内容ですが、非常に参考になりました。
ありがとうございました。

お礼日時：2002/01/17 09:31

No.5 回答者： ymmasayan 回答日時： 2002/01/16 00:40

>　発生できる磁場の強さは、流す電流と「単位長さあたりの巻き数」に比例します。

これは、無限長ソレノイドの話ではありませんか。比例しますと言うことは、有限長ソレノイドの場合、磁石の長さをかけないといけませんね。と言うことは、素人わかりするように、全体の巻き数×電流と同じことだと思うのですが。

この回答へのお礼

なんだか話が難しくなってきましたね。
磁場の強さ＝単位長あたりの巻き数×磁石の長さと
言うことですね。
ありがとうございました。

お礼日時：2002/01/17 09:21

No.3 回答者： ymmasayan 回答日時： 2002/01/15 22:36

本当の理由は知りませんが、いくつか考えられます。

（１）電磁石の磁化の強さはコイルの巻き数×電流です。同じ長さのエナメル線を使ったとき、きちんと揃えて１重で巻くと巻き数が多くできる。逆に同じ巻き数なら抵抗を小さくでき、流す電流が増やせる。
（２）何層かに巻くときも層と層の間に絶縁紙をはさんだりすることもあり、揃えて巻かないと扱いにくい。
（３）団子などを作ると線と線がこすれあってエナメルの絶縁劣化（傷がつく）等も考えられる。
（４）ケースに入れたりするときも揃えて巻いておくほうがよい。

甲乙つけがたいが、(１)が答えのような気がします。

この回答へのお礼

ありがとうございました。
抵抗を抑えること、劣化を防止すること。
なるほど確かにそれが原因に思えます。

お礼日時：2002/01/17 09:08

No.2 回答者： noname#2748 回答日時： 2002/01/15 22:27

直流で使う電磁石に限って話をしますが、電磁石の強さ（磁力）はＡ（アンペア）×Ｔ（ターン）に比例します。

これは同じまき数であればできるだけ多くの電流を流したほうが強い電磁石になると言うことを意味します。ターンについては巻き数その物ですから特にいうことはないのですが、Ａのほう同じ太さの電線であればできるだけ短い電線であるほうが電気抵抗が小さいので強くなります。乱雑な巻き方では同じ回数を巻くのにより多くの電線を必要とするため電磁石の強さが弱くなってしまうのです。また途中にこぶ（部分的に逆巻きになる）があるとその部分では磁力が打ち消されてしまうことになり、やはり磁力が弱くなります。

上の条件を満たすにはできるだけ細い心棒に巻くほうがいいことになりますが、実際は心棒に伝えられる磁力は限界があり（材料によって異なります）、あまり細い心棒ではいくらたくさんのエナメル線を巻いてもある程度以上強い磁石にはなりません。これを磁気飽和と言い、水に塩を溶かしていくとある程度以上溶けないのといっしょで、心棒が飽和してしまうと心棒はそれ以上強い磁石にはなりません。このときコイルが発生した磁力は心棒からはみ出して回りに広がってしまいます。

この回答へのお礼

ありがとうございました。
やはり部分的に逆巻きになると磁力が干渉しあって打ち消される
のが原因のようですね。イメージが沸いてきました。

お礼日時：2002/01/17 09:03

No.1 回答者： noname#4643 回答日時： 2002/01/15 22:22

見てくれが悪いくらいだと思いますが。

あと、同じ巻き数でもコンパクトにはならないですよね。適当に巻いてしまうと。

この回答へのお礼

ありがとうございました。
乱雑に巻くと物理的な原因以外に確かにそういうことになりますよね。

お礼日時：2002/01/17 09:02