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 回答 (3件)

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。
    • good
    • 2
この回答へのお礼

Umada様、分かりやすい説明、ありがとうございます。
なるほど、これならば私も子供も納得できます。
今回、いろいろ勉強になりました。

お礼日時:2001/04/01 00:55

私も少し気になりましたので追加で調べてみました。


今回のお話の主眼はおそらくは「熱消磁」のことと推測され、また消磁と焼きなましが直接に関係ないのも確かなのですが、一方でdenden_keiさんのおっしゃることは間違いではないようです。
すなわち材料の組織(粒子形状、析出物)などを熱処理で制御すれば、私の回答の(3)のところの「磁界から取り出した時の、「磁石のもと」の向きのバラバラへの戻り方」が変わってきます。(すぐバラバラになるものと/並んだ状態をよく保持する)
ただし、焼きなました場合にそれがどちらに働くのかは、そう簡単に整理できるものではないようです。
    • good
    • 0

専門家ではありませんが、分かる範囲で。


鉄芯を熱して除冷すると結晶構造が変化して性質が変化します。これを焼きなましと言います。
「電磁石の力が残らない」というのは、いわゆる残留磁束が残らないということですね。焼きなましするとこれに関係する性質が変化するのでしょうか?
    • good
    • 0
この回答へのお礼

denden_kei様、早速の回答ありがとうございます。
「焼きなまし」という言葉は初めて耳にしました。
勉強になりました。
でも、小学生にどう説明したら良いか・・・・

お礼日時:2001/03/31 18:29

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q磁石を鉄芯にした電磁石の利用法はありますか

実用的なものでなくても、かまいませんので教えてください。

Aベストアンサー

昔の交換機の電磁リレーにあります。 やたら高価です。

磁力が保持される部分と、永久磁石の部分とが連結されていて、
+の電流を一瞬でも流すと、
保持された磁力と永久磁石の磁力が
合わさってアームが閉じます。
-の電流を一瞬でも流すと
打消しあって、アームが開きます。


通常は、永久磁石が磁束を出していて、潤滑油から鉄粉を集め、
動作時は、電磁コイルで磁束を打ち消して、ゴミとして落とす。
なんていうのも、ありでしょうね。

Q鉄の熱が伝わる時間。-30℃の鉄を+30℃の部屋へ入れた時に、鉄が完全

鉄の熱が伝わる時間。-30℃の鉄を+30℃の部屋へ入れた時に、鉄が完全に+30℃になる時間の計算と方法がわかりません。
また、鉄とステンレスでは時間は違うのですか?

外で保管している部品を室内(30℃管理)で使用した際に、結露が起こり、結露がなくなるまでの時間をしりたいのですが・・・
「部品を室内に入れて、何分後に組立なさい」と言う規定を作りたくて。

教えてください。

Aベストアンサー

こんにちは。

・まず、「完全に室温と同じ30℃」になる時間を計算すると、その時間は無限の未来になります。
 一例として、「28℃になるまでの時間」というような条件が必要です。
・熱容量や比熱が大きいほど、温度が変化しにくいです。
・熱伝導率が大きいほど、温度が変化しやすいです。
・鉄の形状が大きく関係します。薄い板状であれば温度はすぐ変わり、球体は変わりにくいです。
・周囲で空気が動いているのと動かないのとで違いがあります。

以上のことからわかるとおり、計算は複雑を極めますので、
実験で求めるのが最もよいということになります。

Q電磁石の電源について

電磁石について教えてほしいのですが、AC220VをDC90Vにして、DC90V仕様の電磁石を使いたいと思っています。いろんなサイトなどで調べた所、1次電圧を半波整流だけした電圧を電磁石にかける方法、1次電圧を全波整流だけした電圧を電磁石にかける方法と1次電圧を全波整流して平滑した電圧を電磁石にかける方法の3つがありました。使用する電磁石がDC90V使用なので単純に純直に近い電圧(3番目の方法などで)を電磁石にかけた方が良いとは思うのですが、具体的に何が良いのか分かりません。何か良い方法があれば教えてくれませんか。あと、できればそれが可能でできるだけ小型のキットや装置みたいな物があれば教えてくれませんか。
電磁石の仕様:定格電圧 DC90V 定格電流 0.26A

Aベストアンサー

myeyesonlyさんの7行目
>インダクティブキックという高電圧が発生します

その通りなのですよ。
身の回りの製品で逆にそれを利用した物があります。グロー式蛍光灯の点灯回路、自動車の点火プラグ用高電圧発生装置、ブラウン管テレビの高電圧発生回路、燃焼式ボイラーの点火装置、ガスコンロのパチパチ、スタンガン‥どれも驚くほどの高電圧が発生します。
決して無視できる物では有りません。

e=-L・di/dtと言う式があります。
e=発生する逆起電力、単位はボルト
L=コイルのリアクタンス、電気的な大きさですね
di/dt=微小時間内に変化した電流
式にマイナスが付いているのは流れていた電流とは逆向きの電圧が発生する事を意味します。

全波整流、コンデンサで平滑。
このような回路にスイッチなどを入れなければdtが大きな時間(例えば1秒とか)になる訳で-eも小さく危険性は無いでしょう。

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かわからない盛り上がりを見せるのではないでしょうか。

 永久磁石では出来ないこと、スイッチ(通電)により磁力を ON - OFF 出来ること。
 それを応用して色々な事が出来ること。実際のリニアモータも原理はこんなものです。
 この辺りを強調しておけば授業としては成立するでしょう。

 以上、思い付いたまでですので、実際に授業に使えるかどうかは先生方で事前に検証してください。

(*1)時間があれば電磁石の配置は生徒たちに工夫させてみても好いかも。
(*2)最近はスチール缶でもアルミ缶のように薄く(軽く)作られているものもあります。

>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

Q単一電池でぶら下がることのできる電磁石

大人がぶら下がることができるほどの強力な電磁石を見たことがありますが、
あの電磁石の仕組みはどうなっているのでしょうか。

ただ単にエナメル線を多く巻いて中に鉄心を入れたような電磁石では
単一電池ひとつだけで大人がぶら下がるほどの力は発揮できないと思うのですが。

回答をよろしくお願いします。

Aベストアンサー

電磁石の強さはAT(アンペアターン)に比例します。
ATのAはアンペアで、電線に流す電流です。
ATのTは電線を何回巻いたかです。
つまり強い電磁石を作るには、沢山巻いた電線に強い電流を流します。
乾電池で流せる電流には限度が有りますから、沢山巻いて作ります。

それから、発生した磁力線を無駄なく利用できるようにコイルと鉄心の形を作ります。

Q1光秒隔てた電磁石に発生する力

以下のような考え方が正しいか、もし間違っていればどこが間違いかお教えください。

1光秒の距離を隔てて2個の電磁石(A,B)を板に固定します。
その時それぞれコイルの中心軸が一致するようにします。

その状態でAに電流を流すと光速で磁場が広がり1秒後にBに到達します。
その際にBにはAに引かれるように電流を流します。
それによりBから光速で磁場が広がり1秒後にAに到達します。
(このまま何もしないとAとBは互いに引き合い力は相殺します)
ここでAに流している電流を逆にするとAはBに対して反発力が発生します。
さらに1秒後Aの電流が逆になったことで生じた磁場がBに到達します。
(このままだとBにはAに対して反発力が発生します)
そこでBの電流を逆向きにするとAに対して引力となる力が発生すると思います。
以降は同様でBはAに引かれる力を、AはBに対し反発するように電流を制御します。

上の考えが正しいと全体として常に一方向に力が発生するように思えるのですが運動量保存則に反しているように思えます。

判りにくい文章かと思いますので要求あれば補足します。

以下のような考え方が正しいか、もし間違っていればどこが間違いかお教えください。

1光秒の距離を隔てて2個の電磁石(A,B)を板に固定します。
その時それぞれコイルの中心軸が一致するようにします。

その状態でAに電流を流すと光速で磁場が広がり1秒後にBに到達します。
その際にBにはAに引かれるように電流を流します。
それによりBから光速で磁場が広がり1秒後にAに到達します。
(このまま何もしないとAとBは互いに引き合い力は相殺します)
ここでAに流している電流を逆にするとA...続きを読む

Aベストアンサー

まだ受け付けているようなので。。。

> 説明にはパルスを用いましたが周波数が数百MHz程度にはなると思います。

この周波数だと、電磁波の波長はmになりますよね。輻射の効果はより高次の効果なので、厳密に運動量保存を議論する時には多少効いてくるかも知れませんが、今回の実験では、力として認識できるレベルには無いでしょう。

今回の効果はやはり静磁場の効果が大きいでしょう。輻射に関しては、交流を用いるとのことなので、それによる効果でしょう。

思考実験を行う際に気をつけなくてはならないのは、定量的な議論と、むやみに無限大を持ち込まないことです。無限大を導入することで議論が簡単になる一方、それが物理理論に反していないかを検討する必要があります。

今回のケースでは、電流の流れる領域に無限大を導入しているために、本来、電流とは閉じたもので、ある一辺に力を受けているときには、反対側には逆向きに電流が流れているので、それを相殺するような力が働くということを無視しているように感じました。

このあたりを検討された方が良いかもしれません。

まだ受け付けているようなので。。。

> 説明にはパルスを用いましたが周波数が数百MHz程度にはなると思います。

この周波数だと、電磁波の波長はmになりますよね。輻射の効果はより高次の効果なので、厳密に運動量保存を議論する時には多少効いてくるかも知れませんが、今回の実験では、力として認識できるレベルには無いでしょう。

今回の効果はやはり静磁場の効果が大きいでしょう。輻射に関しては、交流を用いるとのことなので、それによる効果でしょう。

思考実験を行う際に気をつけなくては...続きを読む

Q電磁石の反発力はなぜ弱いの?

ボルトに0.4mmφのエナメル線を200回巻いた電磁石を二つ作って実験していて気づいたのですが鉄棒などを近づけると数cm離れていても引き寄せ吸着され、そのままで離そうとすると相当強い力でないとできません。二個の電磁石の同極同士を近づけたとき同じような力で反発するかと思ったのですが反発する力がものすごく弱いのです。たしか、教科書には吸引力も反発力も同じだけあるとあったように思います。なぜそうなるのか、どなたか教えてください。反発を利用したおもちゃを作りたいのです。なにか、やり方に誤りがあるのでしょうか?

Aベストアンサー

異極だと磁力線同士は反発しないでつながってしまいます
同極同士を近づけると磁力線同士が反発しあって逃げてしまうのです
磁力線同士が逃げないような工夫をしないといけません
磁石がぴったり収まりしかも自由に動ける太さの銅パイプに入れれば磁力線が逃げません

Q電磁石の吸着力

市販の電磁石でものを運ぶことを考えています。
その場合、電磁石を90度傾けることもあるので、どれくらいの吸着力のあるものを選択したらいいか、悩んでいます。
つまり、市販の電磁石で表示されている吸着力は、水平の物体を吸着する力ですが、電磁石を90度傾けて物体を吸着した場合、どれ位で下に落下するのかということは、どう考えたらいいか、すみませんが、教えて下さい。

Aベストアンサー

そんな計算はしたこがないので自身はありませんが
その場合摩擦不足とトルクによる落下が考えられると思います

摩擦は単純に吸着力N×摩擦係数μ>重量×重力加速度ならば大丈夫ですがトルクによる落下は
摩擦力不足で下に落下しないと仮定した場合、90度傾いた状態で下辺からの距離をRとすると
90度の状態で磁石にくっつく力Fは単位面積当たりの吸引力fとして
f×Rを0から上辺まで積分したものです。
また、トルクは下辺を支点として、重力による力を積分すれば出ると思います。
磁石にくっつく力>トルクとなればくっついていられることになります。

Q電磁石の吸引力

電磁石の吸引力について質問です。電磁石と鉄板の間に空隙が無い状態での、電磁石の吸引力の計算式について御教授下さい。

Aベストアンサー

電磁石と鉄板の間に磁束密度に影響しない程度の微小空隙dlを仮定して、その空間の磁気エネルギー(U=∫B^2/(2μ0)dv)を計算することができれば、
吸引力はU/dlで計算できるかと思います。
(磁束密度が均一なら、概ね0.5Tで0.1MPa程度の圧力になったかと思います。あとは、圧力がB^2に比例、というのを使って概算できそうに思います。)

Qコイルの逆起電力

コイルに+5V、-5Vのように電流の向きを変えて電圧を印加した場合、逆起電力が発生します。私は、毎秒数百回+-を切り替えたいのですが、どのくらい追従してくれるのでしょうか?毎秒数百回磁場の方向を切り替えたいと思っています。逆起電力が邪魔してうまくいかないのでしょうか?教えてください。

Aベストアンサー

特にプラスマイナスを切り替えなくても、単純にプラス電圧を印可するかしないかだけでも逆起電力は発生します。

質問のように毎秒数百回プラスマイナスを切り替えるというのは、要するに数百Hzの交流信号を加えるという事ですよね。
となると、逆起電力がどうのこうのではなく、その周波数における誘導性リアクタンスが生じる、という事になります。
コイルは周波数が上がると交流に対する抵抗値が上がります。
その式は、2πflです。
π=円周率
f=周波数
l=コイルのインダクタンス

ちなみに、
>逆起電力は抵抗でもコンデンサでも発生します。
これは初耳です。

質問の目的が今ひとつ不明なので、自信なしにしておきます。


このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

人気Q&Aランキング