昨日、中学生の教科書を読んでいて疑問に思ったことがありました。
何で、コイルの中に鉄心を入れると磁界が強くなるのですか。
教えてください。

A 回答 (2件)

その辺を勉強してる学生です。



コイルをぐるぐる巻いた中心に鉄心を入れたものと入れてないものを比べてみましょう。

まず、鉄心無しのものは、コイルの中心は空気ですね。
対して、鉄心が有るときは鉄心がコイルの中心にあります。

違いはここです。
磁界を考えるとき、透磁率という値が影響してきます。
空気と鉄心では透磁率がちがってきて、その違いが磁力に差を生じさせます。

磁界の強さは、磁力線の数で考えられます。
鉄心はコイルに流れる電流により発生した磁力線を集めるように働きます。
そのため磁力線の密度が増し、磁力が強くなるわけです。

鉄心に限らず、透磁率が空気より高いものであれば磁力を強めることができます。
ただ、コイルの中の磁界はどこでも同じなので、中心の方が磁力が強いということはありません。
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コイルが発生している磁界の強さ自体は、A・T(アンペア・ターン(コイルに流す電流×コイルの巻き数))で決まるため、鉄心の有無とは無関係です。

しかし、確かに鉄心を入れると電磁石は強くなります。これは、鉄などの磁性体を入れることにより、広い範囲に広がっていた磁力線が、鉄心に集中するために鉄心の部分で強くなるのです。その代わり鉄心以外の部分での磁力は弱くなっていますので、総量としては替わりません。これは永久磁石でも同じで、マグネットキャッチ(戸棚などに利用されている磁石式のロック)などに利用されています。この場合永久磁石を2枚の鉄板ではさむ事により薄い鉄板の端面に磁束を集中させ、強い磁力を発生しています。

電磁石の芯にするのは鉄が一般的ですが、鉄以外でも色々と磁性を示すものがあるので試してみるのも面白いかもしれません。アルミや銅・ステンレス・フェライト等材料によって強さが替わるのを調べたり、先端の形状(太いのや尖ったの)での差を調べるの面白いでしょう。
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N巻きコイルとソレノイドコイルの作る磁界Hについてなのですが、
円形コイルの中心にできる磁界はI/(2r)です。

それがN回巻かれたN巻きコイルの作る磁界は{I/(2r)}×N

となり、ソレノイドコイルは円形の回路がN巻きと見なすことができるのでソレノイドコイルの作る磁界もやはりN巻きコイルと同じになるのではと思うのですが違うようです。


以下のページでは
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/ryuujiba/ryuujiba.html

>もし、円形の導線を N 回ぐるぐる巻きにした場合は、

  H = N×{I/(2r)}

となります。これは電流を N倍にしたのと同等です。
これを横に拡げるとソレノイドになります。
この場合の磁場の強さは、下で説明しますが、H = nI

引用終わり


とあり、このページ中程の説明でも
N巻きコイルが作る磁界は円形コイルの作る磁界のN倍である。
>これを横に拡げるとソレノイドになります。

と書いてあります。という事はN巻きコイルとソレノイドは同じという事になるのではないのでしょうか。
となると、N巻きコイルとソレノイドの作る磁界の計算は同じになるはずなのですが違います。

なぜN巻きコイルとソレノイドの作る磁界の計算は違うのでしょうか。

N巻きコイルとソレノイドコイルの作る磁界Hについてなのですが、
円形コイルの中心にできる磁界はI/(2r)です。

それがN回巻かれたN巻きコイルの作る磁界は{I/(2r)}×N

となり、ソレノイドコイルは円形の回路がN巻きと見なすことができるのでソレノイドコイルの作る磁界もやはりN巻きコイルと同じになるのではと思うのですが違うようです。


以下のページでは
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/ryuujiba/ryuujiba.html

>もし、円形の導線を N 回ぐるぐる巻きにした場合は、

  H = N×{I/(2r)}

となりま...続きを読む

Aベストアンサー

すべて、お示しのサイトに懇切丁寧に説明がされているではありませんか。
「下で説明しますが」とあるとおり、ちゃんとしたに説明されていますよ。

>なぜN巻きコイルとソレノイドの作る磁界の計算は違うのでしょうか。

「I [A] の電流が流れる、1m当たりの巻き数が n [回/m] のソレノイドの内部の磁場の強さは次式で表されます。
  H = nI
 上の複数巻きの円形電流のときの大文字の N と、このソレノイドのときの小文字の n は別物です。混同しないようにしてください。N は同じ場所で何回ぐるぐる巻いたかという数で、n は巻き数の密度です。N は 500回巻けば N=500 ですが、n は 2m につき 500回巻けば n=250 です。」

「そしてこの式には r が出てきません。半径の大きさに依らないのです。」

この「依らない」から詳細解説のページに飛んで、

「ソレノイドの磁場が半径によらないことの説明

ソレノイドがつくる磁場の式 H = nI には半径 r の文字が含まれていないので、半径が大きかろうが小さかろうが磁場の強さは変わらないということですが、
これは、半径が大きくなればその分、電流の微小部分の個数が増えるので、磁場が小さくならないということです。半径が大きくなると、たとえば中央付近は電流からの距離が遠くなるので磁場の強さが小さくなると思いがちですが、その分、中央付近に影響を与える微小部分の個数が増えるのでトータルで変わらないのです。」

そしてこの下に、図に基づいて説明されていますね。

きちんと、全体を読んでから質問してください。

すべて、お示しのサイトに懇切丁寧に説明がされているではありませんか。
「下で説明しますが」とあるとおり、ちゃんとしたに説明されていますよ。

>なぜN巻きコイルとソレノイドの作る磁界の計算は違うのでしょうか。

「I [A] の電流が流れる、1m当たりの巻き数が n [回/m] のソレノイドの内部の磁場の強さは次式で表されます。
  H = nI
 上の複数巻きの円形電流のときの大文字の N と、このソレノイドのときの小文字の n は別物です。混同しないようにしてください。N は同じ場所で何回ぐるぐる巻いたか...続きを読む

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コイルの誘導起電力についてですが、画像のようにコイル1、2か鉄心に巻いてある時、Iを流すとコイル2にはI2が流れますがその時aとbのどちらが電位が高いのかがよく分かりません。

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しかしたしかにコイルを電池と考えるとbのつけ根から電流が流れ出るのでbが高電位とも考えられます。

私の考え方のどこを間違えているのでしょうか。

Aベストアンサー

Iが増加してゆく途中でしか I2 は流れません 
という話は置いといて(^^;

この質問は結構いい質問です。決して言葉の
問題なんかじゃないのです。普通高校では言葉を濁して
教えないそうです。電磁気学の知識が必要だからです。

まず、電圧(電位)というのは電場に渦がないという
前提で定義されます。
しかし、ファラデーの法則やレンツの法則からわかるように
電磁誘導では電場を周回積分すると 0 にはならないので、回路上の
2点の電圧は ***定義できません ***。

ではわれわれが発電機やトランスの出力電圧と呼んでいるのは
何かというと、ab間のコイルを通らない経路に発生する電場の
bからaまでの線積分値です。コイル内部の電場の積分ではないのです。

電磁誘導によりコイルに電場が発生し、その周回積分が
Vになるとしましょう(ファラデーの法則から簡単に求まる)。

導体の内部には電場は存在できないので、速やかに電荷が移動して
コイル内に電荷の偏りが生じて電場を打ち消し、
コイルの外部に電場が生じます。

この外部電場の積分値を発電機やトランスの出力電圧と呼んでいます。
#これは厳密には電位ではありません。

この状態で、電場をコイルも含めて周回積分すると V ですが、
コイルの中に電場はないので、外部電場のbからa への積分は V
になることがわかります。つまり誘導電場とは逆方向の
「電場」「電圧」が外部に現れることになります。

より物理っぽく言えば、出力とは、コイルに生じた誘導電場を
打ち消すために生じた電荷の移動により発生する外部電場なのです。

aからbへの電流は、電荷の移動によって打ち消しきれなかった、
ほんのわずかな電場によって流れる ということになります。
こちら(コイル内)の電場の積分値は非常に小さな値になります。

つまり、「電圧」を回路の特定部分の「電場の線積分値」に
置き換えれば、

質問者の言っていることは「間違っていない」ということになります。

Iが増加してゆく途中でしか I2 は流れません 
という話は置いといて(^^;

この質問は結構いい質問です。決して言葉の
問題なんかじゃないのです。普通高校では言葉を濁して
教えないそうです。電磁気学の知識が必要だからです。

まず、電圧(電位)というのは電場に渦がないという
前提で定義されます。
しかし、ファラデーの法則やレンツの法則からわかるように
電磁誘導では電場を周回積分すると 0 にはならないので、回路上の
2点の電圧は ***定義できません ***。

ではわれわれが発電機やトランスの出力電圧...続きを読む

Q中学理科:鉄心に巻かれているコイルの電流の向きについて

すでに鉄心に巻かれたコイルに電流を流しながら、コイルをパイプに入っている磁石にコイルを近づけると、磁石はコイルを近づける前に静止していた位置から少し下がって静止した。
(磁石について:パイプの中に磁石を2個入れ、s極同士が向かい合うようにパイプにいれてある。)

このとき、鉄心の上方がs極、下方がN極というのはわかるのですが、電流の向きがわかりません^^;

コイルに磁石のN極を入れたときと同じ考えなのですか?
ただ、すでに電流が流れている状態なのでこれがどういった法則に当てはまるかよくわかりません>_<
ちなみに答えは 下から時計まわりに流れてるみたいです。

すみませんが教えてください。

Aベストアンサー

よく整理すれば解決出来ます。

磁石は1個です。
理由、もう一個の磁石で浮かしているのです。
(絶対に動かない位置です)

磁石は、Sが下、Nが上を向いています。

電流を受けると、下に移動しました。

右ネジの法則で、左から巻くと(時計方向)下へ力が。
右から巻く(反時計方向)と上への力が。

上から反時計方向でも良いかもしれません。

フレミングの法則です。
片方が電流を流した時、もう片方は発電の時に使用します。
回答でも、電、磁、力と指を向ければ磁力は下に向いて一発で悩み解消のはず?です。^^;

Q中学理科のコイル・磁界の問題について

電磁誘導の問題で質問させていただきます。

下記の問題で、「3. 図のようにコイルに棒磁石のN 極を近づけたところ検流計の針が右に振れた
」の問題です。

http://science.005net.com/mondai/denji.php

設問は、「・・・右に触れた」の問題文より、逆を考えればいいので解答はわかるのですが、「N 極を近づけた」=>「検流計の針が右」というのは、なぜこうなるのでしょうか?

Aベストアンサー

 右ネジの法則で考えればいいんですね。

 もし、右ネジの回る向きと進む向きを忘れやすければ、右手の親指だけを立てて、残る4本の指を握った拳でもいいです(「グッジョブ!」みたいな感じの右手)。

 親指が電流の向きとすれば、残る4本の指先の方向への磁界の向きですし、4本指をコイルに見立てて、指先の方向に電流が流れるとすれば、親指の方向に磁界が発生します(親指の先がN極と考えてOK)。

 コイルに対して磁石が動くと、磁界が変化し、コイルにはその磁界の変化を妨げるように電流が流れます。永久磁石のN極が近づいて来れば、コイルに電流が流れるのですが、永久磁石が近づくのを妨げるような電磁石となります。

「コイルに棒磁石のN 極を近づけたところ検流計の針が右に振れた」わけですが、このときは棒磁石のN極に対してN極で反発するような電磁石となります。その図なら、コイルの上がN極になります。

 おそらくは素直に右ネジの法則で考えて、検流計の右の端子から左の端子に流れる電流のはずですが、図は回路図となっていないので、そこまで判断していいかどうかの保証はありません。

 ともかく、コイルの上がN極(そして下がS極)となる電流の流れは「検流計の針が右に振れる」となるわけです。

 そうなると、棒磁石のN極を遠ざけていくと、コイルはそれを妨げるようにS極が上の電磁石となり「検流計の針が左に振れる」し、棒磁石のS極を近づければ、コイルは上がS極の電磁石で「検流計の針が左に振れる」、棒磁石のS極を遠ざけていくと、コイルは上がN極の電磁石で「検流計の針が左に振れる」ことになります。

 コイルのほうを棒磁石に近づけたり、遠ざけても同じですし、二つとも動かしても同じです。必ず動きを妨げるように、コイルには電流が流れます。

 棒磁石もコイルも動かしていないときは、コイルに電流は流れません。何の変化も起こっていないため、何かを妨げるような現象が起こらないのです。

 右ネジの法則で考えればいいんですね。

 もし、右ネジの回る向きと進む向きを忘れやすければ、右手の親指だけを立てて、残る4本の指を握った拳でもいいです(「グッジョブ!」みたいな感じの右手)。

 親指が電流の向きとすれば、残る4本の指先の方向への磁界の向きですし、4本指をコイルに見立てて、指先の方向に電流が流れるとすれば、親指の方向に磁界が発生します(親指の先がN極と考えてOK)。

 コイルに対して磁石が動くと、磁界が変化し、コイルにはその磁界の変化を妨げるように電流が流れます。...続きを読む

Qコイルと磁界について疑問に思ったんですが。

電流が流れる平面円形コイルがあったとして、このコイルを使って
空間に磁場が存在しているかどうかはどう説明すればいいのでしょうか?
今まで参考書でなんとなく右ねじの法則で覚えていたのでよくわかりません・・・

Aベストアンサー

コイルを「変動する」磁束が貫いた時に起電力が発生します。
なので、空間に磁場がある場合、コイルを手で持って激しく振り、起電力が発生すれば空間に磁場があることが証明されます。空間に磁場がない場合、いくら振ってもコイルを貫く磁束は0なので、起電力は生まれません。


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