磁力線の科学
鉄粉は磁力線を示します。スペンサー・グラント/ゲッティイメージズ
あ 磁場 サラウンド 動いている電荷 .磁場は連続的で目に見えませんが、その強さと向きは磁力線で表すことができます。理想的には、磁力線または磁束線が磁場の強さと方向を示します。この表現は、目に見えない力を見る方法を人々に提供し、物理学の数学的法則が磁力線の「数」または密度に容易に対応できるため、便利です。
- 磁力線は、磁場における目に見えない力の線を視覚的に表現したものです。
- 慣例により、線は磁石の北極から南極までの力をたどります。
- 線間の距離は、磁場の相対的な強さを示します。線が近ければ近いほど、磁場は強くなります。
- 鉄粉とコンパスを使用して、磁力線の形状、強さ、および方向を追跡できます。
磁場は ベクター 、つまり、大きさと方向があります。もしも 電流 は直線で流れますが、右手の法則は、目に見えない磁力線がワイヤの周りを流れる方向を示しています。親指を電流の方向に向けて右手でワイヤをつかむと想像すると、磁場はワイヤの周りを指の方向に移動します。しかし、電流の方向がわからない場合や、単に磁場を視覚化したい場合はどうすればよいでしょうか?
磁場の見方
空気のように、磁場は目に見えません。小さな紙片を空中に投げることで、風を間接的に見ることができます。同様に、磁性体の小片を磁場に置くと、その経路を追跡できます。簡単な方法は次のとおりです。
コンパスを使う
コンパスのグループは、磁力線の方向を示すことができます。 マチェイ・フローロウ/ゲッティイメージズ
シングルを振る 方位磁針 磁場の周りは、磁力線の方向を示しています。実際に磁場をマッピングするには、多くのコンパスを配置すると、任意の点での磁場の方向が示されます。磁力線を描くには、コンパスの「点」を接続します。この方法の利点は、磁力線の方向を示すことです。欠点は、磁場の強さを示さないことです。
鉄粉またはマグネタイトサンドを使用する
鉄 強磁性です。これは磁力線に沿って整列し、北極と南極を持つ小さな磁石を形成することを意味します。鉄くずなどの小さな鉄片が整列して磁力線の詳細なマップを形成します。これは、1 つのピースの北極が別のピースの北極を反発し、その南極を引き付ける方向に向いているためです。しかし、ファイリングを磁石にまき散らすことはできません。なぜなら、ファイリングは磁石に引き付けられ、磁場をトレースするのではなく、磁石にくっつくからです.
この問題を解決するために、磁場の上で鉄粉を紙やプラスチックにまき散らします。ファイリングを分散させるために使用される 1 つの手法は、数インチの高さから表面にフィリングを振りかけることです。フィールドラインをより明確にするためにファイリングを追加することができますが、それはある程度までです。
鉄やすりの代替品には、スチール BB ペレット、錫メッキされた鉄やすり (錆びない)、小さなペーパー クリップ、ホッチキス、または マグネタイトサンド .鉄、鋼、磁鉄鉱の粒子を使用する利点は、粒子が磁力線の詳細なマップを形成することです。このマップはまた、磁場の強さを大まかに示しています。狭い間隔で密集した線は電場が最も強い場所で発生し、広く離れた疎な線は電場が弱い場所を示します。鉄やすりを使用することの欠点は、磁場の向きが分からないことです。これを克服する最も簡単な方法は、コンパスと鉄やすりを一緒に使用して、方向と方向の両方をマッピングすることです。
磁気ビューイングフィルムを試す
磁気ビューイングフィルムは柔軟です プラスチック 小さな磁気ロッドが絡み合った液体の泡が含まれています。フィルムは、磁場内のロッドの向きに応じて、より暗くまたはより明るく見えます。磁気ビューイング フィルムは、平らな冷蔵庫の磁石によって生成されるような、複雑な磁気ジオメトリのマッピングに最適です。
自然磁力線
オーロラの線は、地球の磁力線に従います。 オスカー・ビャルナソン/ゲッティイメージズ
自然界にも磁力線は現れます。中に 皆既日食 、コロナの線は太陽の磁場をたどります。地球に戻って、 オーロラのライン 惑星の磁場の経路を示します。どちらの場合も、目に見える線は荷電粒子の輝く流れです。
磁力線のルール
磁力線を使用してマップを作成すると、いくつかのルールが明らかになります。
- 磁力線が交差することはありません。
- 磁力線は連続しています。それらは、磁性材料全体に続く閉ループを形成します。
- 磁力線は、磁場が最も強い場所で集まります。つまり、磁力線の密度が磁場の強さを表しています。磁石の周りの磁力線がマッピングされている場合、その 最強の磁場 どちらかの極にあります。
- コンパスを使って磁場をマッピングしないと、磁場の方向がわからないことがあります。慣例により、方向は磁力線に沿って矢印を描くことで示されます。どんな磁場でも、線は常に北極から南極に向かって流れます。 「北」と「南」という名前は歴史的なものであり、磁場の地理的な向きとは関係がない可能性があります
ソース
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- グリフィス、デビッド J. (2017)。 電気力学入門 （第4版）。ケンブリッジ大学出版局。 ISBN 9781108357142。
- Newton、Henry Black、Harvey N. Davis (1913)。 実用物理学 .アメリカのマクミラン社。
- ティプラー、ポール (2004)。 科学者とエンジニアのための物理学: 電気、磁気、光、および初等現代物理学 （第5版）。 W・H・フリーマン。 ISBN 978-0-7167-0810-0。