電磁石のコイルに鉄心を入れると磁力が強化されることについて、その仕組み・理由を知りたいのです…。電磁石の作る磁界によって鉄心が磁化され、磁石として「加勢」するような構図でしょうか？その他の効果などありましたら是非聞きたいです…。詳しい方おられましたら、よろしくお願いします。 (物理IIIはやっておりますので、せっかくだし多少難しいお話でもこの機会に聞けるなら聞きたいなぁなんて・・・＾＾；)

＞物理IIIはやっておりますので、ならこんな場所で、生半可な知識を得るより磁性体 - Wikipedia ( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81%E6%80%A7%E4%BD%93 ) →反磁性体 →常磁性体 →強磁性体 →軟質磁性体 →硬質磁性体を読まれる方がよいです。

電磁石の鉄心について -電磁石のコイルに鉄心を入れると磁力が強化され- 物理学

Qコイルの中の鉄心て.....

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ベストアンサー

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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Q電磁石の鉄しんについて教えてください。

先日、小学生と理科の話をしていたときに、乾電池・コイル・鉄くぎを使った単純な電磁石での問題で、
問「鉄くぎは、全体を熱してから冷やしたものを使いました。鉄くぎを熱する理由は？」
答「電流を切っても、電磁石の力が残らないようにするため」
というのがありました。
電磁石の力が残らないようにするために、なぜ鉄くぎを熱しておくと良いのでしょうか。小学生に質問されて答えに困ってしまいました。
人に聞いたり、自分でいろいろ調べてみたりしたのですが結局いまだにその理由が分からないので、どなたか教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

うわっ、その子はずいぶん難しいところを突いてきましたね。
きちんと答えようとすると大学の専門課程程度の物理(固体物性論)が必要なのですが、とりあえず以下のような説明はいかがでしょうか。(小学生への説明を主眼としていますので、学問的な正確性には多少目をつぶっています)

(1)鉄のなかには、うんと小さな「磁石のもと」のようなものが入っています(棒磁石のちいさなものを想像させてください）。でもその向きはばらばらなので鉄全体としては打ち消し合ってしまい、そのままでは磁石の性質はありません。
(2)強い大きな磁石か強い電磁石を持ってきて鉄をその中に置くと、その「磁石のもと」が特定の方向に並んで、鉄は磁力を持つようになります。強ければ強いほどよく並びます。
(3)大きな磁石や電磁石から鉄を取り出しても、その鉄の中の「磁石のもと」の向きはもとの完全なバラバラに戻るのでなく、全体としては少し(2)で並べた方向を向いたままになっているので、磁石の力はそのまま少し残ります。
(4)一方、これを高温にすると「磁石のもと」の向きが再びばらばらになって磁力を失います。

というわけで、釘を熱するのは(4)と関連して「釘に残っている磁力をあらかじめ消しておくため」ということになります。(確かに、釘に磁力が残っていれば、電流を切っても他の鉄を吸い付けてしまいますからね)
また「じゃあ、僕ら/私らの実験でも電磁石の中に釘を置いているのに、(3)で磁力が残らないのはどうして?」という突っ込みを受けることも予想されます。それには「乾電池で作る磁石はごく弱いものなので、「磁石のもと」の並び方も弱く、電流を切ってしまうともう他の鉄を吸い付けるほどの力がないため」と答えればよろしいと思います。

余談ですが個人的には、その「問」が小学生のレベルをはるかに超越しているのがちょいと罪作りだと思います。
またdenden_keiさんのおっしゃる「焼き鈍し」と、上の(4)の「消磁」は直接には関係ありませんので付言しておきます。

うわっ、その子はずいぶん難しいところを突いてきましたね。
きちんと答えようとすると大学の専門課程程度の物理(固体物性論)が必要なのですが、とりあえず以下のような説明はいかがでしょうか。(小学生への説明を主眼としていますので、学問的な正確性には多少目をつぶっています)

(1)鉄のなかには、うんと小さな「磁石のもと」のようなものが入っています(棒磁石のちいさなものを想像させてください）。でもその向きはばらばらなので鉄全体としては打ち消し合ってしまい、そのままでは磁石の性質はありませ...続きを読む

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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

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Q空芯電磁石のパワーＵＰについて

空芯の電磁石があってこれを巻き線を替えずにもっと強力にしたいと考えています　コイル内に芯材を入れるともっと強力になるんじゃないかと考えているんですが　この芯材は通常は磁力線が流れると困る電磁石なので　何かステンレス、アルミ、銅、アンチモンとか一般に入手可能な物で有りましたら教えて下さい。
（通常は磁束を通さなくてコイルに通電した時のみ強力な磁芯材となるもの）

Aベストアンサー

No.3です。
お礼や補足等をみまして、ご質問はやはり（通常は磁束を通さなくてコイルに通電した時のみ強力な磁芯材となるもの）があるかですね。

これは、残念ながらありません。

ご質問の場合、磁界を作るものは、コイルの電流と他の磁気回路の磁力線とが有るようですが、磁性材料はこれを選択的に見分けることはありません。
したがって、どちらの磁界に対しても同じに働きます。

一つ考えられることは、一般に磁性材料は、透磁率が一定ではなく磁界の大きさに対して非線形です。
他の磁気回路の磁界がコイルの電流による磁界に対してかなり小さい場合は、コイルに電流を流したときは、最大透磁率付近を使用し、他の磁気回路の磁界のみのときは、初透磁率付近を使うことが考えられます。
普通の軟鉄などでも初透磁率は100程度、最大透磁率は数千あると思います。
あるいは、お話のステンレスなども、そのようなものがあるかもしれません。刃物用は硬磁性体ですから、それ以外の柔らかなもの（製法が違う）を調べる。
しかし、空気は比透磁率が１ですから、同じということでは有りません。これよりはかなり大きい。

もう一つ問題があります。
＞入力電流は直流（方形波）です
とのことですから、ヒステリシス曲線を思い起こしてください。
最初磁化されていないところからパルス電流で磁化していって最大電流から電流はゼロに戻りますが、磁性体の磁束密度は、ヒステリシス曲線の残留磁束密度のところ以下には戻りません。
従って次のパルスでは、そこを起点にヒステリシスループを描くことになり、マイナーループになります。
これは逆電流を流さない限り、いつまでも残留磁束密度が残ることになります。

そこで、やってよいかどうかは分かりませんが、他の磁気回路の磁界が逆方向になるように、予めコイルの電流の向きを定めます。
これで、ちょうど良いバイアスになるかどうかは、かなりの検討が必要でしょうけれど。
このコイルの電流による磁界も、当然他の磁気回路にも影響するわけですから、して良いかどうかは、お考えの装置しだいです。

No.3です。
お礼や補足等をみまして、ご質問はやはり（通常は磁束を通さなくてコイルに通電した時のみ強力な磁芯材となるもの）があるかですね。

これは、残念ながらありません。

ご質問の場合、磁界を作るものは、コイルの電流と他の磁気回路の磁力線とが有るようですが、磁性材料はこれを選択的に見分けることはありません。
したがって、どちらの磁界に対しても同じに働きます。

一つ考えられることは、一般に磁性材料は、透磁率が一定ではなく磁界の大きさに対して非線形です。
他の磁気回路の磁...続きを読む

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Q磁場と磁束密度の違い

磁場Ｈと磁束密度Ｂの違いとはなんですか？
使い分けは出来るのですがよくわかっていません。
具体的に教えていただけないでしょうか？

Aベストアンサー

追加です。

「EとH，DとB」という本が共立出版・物理ワンポイントシリーズにありました。
1冊の本になるくらいBとHの区別は難しい，というか私も理解に苦労した記憶があります。

B=μH　磁束密度B[Wb/m^2]，透磁率μ[H/m]，磁界H[A/m]
D=εE　電束密度D[C/m^2]，誘電率ε[F/m]，電界E[V/m]
J=σE　電流密度J[A/m^2]，導電率σ[S/m]，電界E[V/m]

これらの式は数学的には同じ形になり，ポアソン方程式の境界条件なども同じ形になります。

私もしばらく，B，H，D，Eという物理量の違いが理解できず，悶々としていました...続きを読む

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Q強力な電磁石

　できるだけ強力な電磁石を作ろうと思い、Googleで検索すると、太い鉄心を使った方が強くなるようなので、太い鉄心を使いたいのですが、電源を切ると磁力が消えるようにするため、普通の鉄ではいけないようです。電磁石の鉄心に適した太い鉄心が欲しいのですが、どのように入手したら良いでしょうか。
　また、例えばコイルを100回巻いた後、もう100回上から巻き、その2つを並列にして電源つないでも、強さは断面積が2倍の線を100巻いた時とどちらが強いのでしょうか。
　また、トランスのように、薄い鉄板をいくつも重ねて鉄心を作ったりしても強さは1本の太い鉄心を使った時と変わらないのでしょうか(四角い電磁石になってしまいますが)。
　その他、磁石を強くする方法があれば教えてください。

Aベストアンサー

（１）太い鉄心が強いかどうか
電磁石から出る磁束数は面積に比例して多くなりますが、電磁力は磁束ではなく磁束密度に比例します。鉄心が太いと周辺の磁束密度が小さくなります。よって、鉄心の断面積は必要十分な面積にすべきです。
（２）電磁石を強くする方法
磁束密度は、[鉄心の比透磁率]×[コイルの巻数]×[電流]に比例します。従って、比透磁率の大きい材料を使って、コイルを沢山巻いて、大きな電流を流すと強くなります。
比透磁率の大きい材料は、パーマロイ、超パーマロイ、センダストなどがあります。純鉄も優れた材料です。特にカーボニル鉄が優れています。変圧器に使う珪素鋼板も優れています。

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Q小学生に電磁石の実験を・・・

小学生に電磁石の実験を・・・
することになりました。
ですがどんな実験をすればいいのかわかりません。
電気を使えば磁石になったねおしまい・・・じゃダメなんです（；－；）
教科書に載っていないような実験を頼まれています。
なにか小学生が「おお～」って言ってくれそうな
遊び感覚でできそうな
でんじろう先生みたいな実験を教えてください！
おねがいします。

Aベストアンサー

＞小学生が「おお～」って言ってくれそうな

なら、派手に動かせるのが良いかもしれませんね。

　各生徒に電磁石の製作をさせる等、電磁石を複数個用意できるなら「リニアモータ」とかどうでしょう。

　透明の大きな薄めのアクリル板(無ければ段ボールでも良いでしょう)の裏に電磁石を貼り付け(*1)、それを平らになるように設置して、缶飲料の空き缶など(*2)を電磁石の ON - OFF で動かす。
　ちょっと勾配をつけてみて空き缶に坂を登らせるとか、班対抗で空き缶スピードレースとか、授業だかレクリエーションだ...続きを読む

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Q下の図のコイルはなぜ動くのですか？電磁石

下の図の鉄芯と永久磁石は接着剤で固定しております。
このコイルに交流を流すとコイルがカタカタと振動しました。

何故コイルは動くのでしょうか？

電磁石の原理により、鉄芯に現れる磁極と永久磁石との吸引反発力で「鉄芯」が振幅するなら分かるのですが、
この鉄芯が永久磁石と固定されている状態では、コイルは動かないような気がするのですが・・・。

誰か説明お願いします。

この瞬間は鉄芯のここが何極、コイルのここは何極、になっているからこう動く
などのように詳しく教えて下さると幸いです。

Aベストアンサー

確かにコイルの発生する磁力で永久磁石により磁化さえれている鉄芯の磁力も変化しますが、その場合でも鉄芯とコイルの間に力が働くことには変わりはありませんので振動します。ただし、コイルの発生する磁力が鉄芯や永久磁石の磁力を大きく上回ってしまえばくっ付いたままの状態になります。ただし、この状態でも吸引する力はコイルに流れる電流の変化とともに変化します。完全に張り付いた状態ですから振動自体は起こらない場合も有るでしょうけれど、力の変化は相変わらず起こっています。ただ、本来反発する方向に磁化されたとしても、永久磁石の持っている磁力がコイルの磁力に負けてしまいコイルの発生する磁力の方向と同じになってしまうということです。しかし、この場合でも吸引する力は周期的に変化しています。コイルに電流が流れている限り相互の間に力が働くことは変わりません。ただし、ある一定のレベル以上コイルの磁力が強くなると反発・吸引ではなくて吸引の強弱と言う形に変わると言うことです。

これは非常に強力な永久磁石のN極と弱い磁石のN極を近づけると、本来反発するはずの磁石同士がくっ付いてしまうのと同じです。

それから永久磁石に固定された鉄芯と磁石を別のものとして考えているようですが、このような状態ではひとつの磁石と考えることが出来ます。、この実験では動きをより見やすくするために、磁石の上に鉄芯を取り付けた形になっていますが、鉄芯など無くても、磁石の上にただコイルを載せて交流電流を通じれば振動は起きますし、この場合でもコイルの発生する磁力が磁石の磁力を大きく上回ってしまえば、コイルと磁石は張り付いた状態になってしまいます。

確かにコイルの発生する磁力で永久磁石により磁化さえれている鉄芯の磁力も変化しますが、その場合でも鉄芯とコイルの間に力が働くことには変わりはありませんので振動します。ただし、コイルの発生する磁力が鉄芯や永久磁石の磁力を大きく上回ってしまえばくっ付いたままの状態になります。ただし、この状態でも吸引する力はコイルに流れる電流の変化とともに変化します。完全に張り付いた状態ですから振動自体は起こらない場合も有るでしょうけれど、力の変化は相変わらず起こっています。ただ、本来反発する方...続きを読む

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