磁界強度を計算する方法

- Jun 27, 2019-

磁石は、モーター、ダイナモ、冷蔵庫、クレジットカード、デビットカード、およびエレキギターピックアップ、ステレオスピーカー、コンピューターのハードドライブなどの電子機器によく見られます。 それらは、天然の磁性形態の鉄または合金で作られた永久磁石、または電磁石のいずれかであり得る。 電磁石は、鉄心の周りに巻かれたワイヤのコイルに電流が流れると磁界を発生させます。 磁場の強度に影響を与えるいくつかの要因とそれらの磁場の強度を決定するいくつかの方法があります。両方とも以下の記事で説明されています。


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磁石の特性を考えます。 磁気特性はこれらの特性を使用して記述されます。
  • 抗磁界強度、略してHc。 これは、磁石が別の磁界によって消磁(消磁)できるポイントを表します。 この数が大きいほど、磁石を消磁するのが難しくなります。

  • 残留磁束密度、略してBr。 これは磁石が作り出すことができる最大磁束です。

  • 磁束密度に関連しているのが全体のエネルギー密度で、Bmaxと省略されます。 この数値が大きいほど、磁石は強力です。

  • 残留磁束密度の温度係数は、BrのTcoefと略され、摂氏度で表され、磁石の温度が上昇するにつれて磁束がどのように減少するかを表します。 BrのTcoefが0.1の場合、磁石の温度が100°C(180°F)上昇すると、磁束が10%減少することを意味します。

  • 最高動作温度(略してTmax)は、磁石がその磁界強度を全く失うことなく動作することができる最高温度である。 温度がT maxを下回ると、磁石はその全磁場強度を回復する。 磁石がTmaxを超えて加熱されると、その通常の動作温度に冷却した後に永久的にその磁界強度の一部を失うであろう。 しかしながら、磁石がそのキュリー温度(略してTcurie)まで加熱されると、それは消磁されるようになる。


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永久磁石が作られている材料に注意してください。 永久磁石は、通常、次の材料のいずれかで作られています。
  • ネオジム鉄ほう素 これは最も高い磁束密度(12,800ガウス)、抗電界強度(12,300エルステッド)、および全体のエネルギー密度(40)を有する。 それは、最低摂氏150度(華氏302度)と最高摂氏310度(華氏590度)の最高動作温度とキュリー温度、そして-0.12の温度係数を持っています。

  • サマリウムコバルトは9,200エルステッドで次に高い抗電界強度を持っています。 しかし、それは10,500ガウスの磁束密度と26の全体的なエネルギー密度を持っています。その最高動作温度は摂氏300度(572度華氏)でネオジム鉄ホウ素よりもはるかに高いです。華氏1,382度)。 その温度係数は0.04です。

  • アルニコは、アルミニウム - ニッケル - コバルト合金です。 それはネオジム鉄ボロン(12,500ガウス)の磁束密度に近い磁束密度を有するが、はるかに低い抗電界強度(640エルステッド)を有し、その結果全体のエネルギー密度はわずか5.5である。 それは、摂氏540度(1,004度華氏)のサマリウムコバルトよりも高い最高動作温度、ならびにより高いキュリー温度860℃(1,580度華氏)、および0.02の温度係数を有する。

  • セラミックおよびフェライト磁石は、3,900ガウスと3.5で他の材料よりもはるかに低い磁束密度と全体のエネルギー密度を持っています。 しかし、それらの磁束密度は3,200エルステッドでアルニコよりはるかに優れています。 最高使用温度はサマリウムコバルトと同じですが、キュリー温度は460℃(華氏860度)とはるかに低く、温度係数は-0.2です。 したがって、それらは他のどの材料よりも早く熱で電界強度を失います。


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電磁石のコイルの巻き数を数えます。 コアの長さあたりのコイル巻き数が多いほど、磁界強度は大きくなります。 市販の電磁石は、上記の磁性材料のうちの1つの大きなコアと、それらの周りの大きなコイルとを有する。 しかし、単純な電磁石は釘の周りにワイヤーのコイルを巻き、その両端を1.5ボルトのバッテリーに取り付けることで作ることができます。


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電磁コイルに流れる電流量を確認してください。 マルチメーターを使ってこれを行います。 電流が強いほど、発生する磁界も強くなります。
  • メートル当たりのアンペアターンは、磁界強度を測定するためのもう1つのメートル単位です。 これは、電流、コイルの数、またはその両方が増加すると、磁界強度がどのように増加するかを表しています。




ペーパークリップで磁界範囲をテストする


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棒磁石用のホルダーを作ります。 あなたは洗濯はさみと紙または発泡スチロールのコップを使って簡単なマグネットホルダーを作ることができます。 この方法は小学生に磁場について教えるのに適しています。
  • 洗濯はさみの長い方の端の1つをカップの底にテープで留めます。

  • 付属の洗濯はさみでカップをテーブルの上に裏返して置きます。

  • マグネットを洗濯はさみに差し込みます。


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ペーパークリップをフックに曲げます。 これを行う最も簡単な方法は、クリップの外側の端を引き出すことです。 あなたはフックからもっと多くのクリップを掛けることができる必要があるでしょう。


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さらにクリップを追加して、磁石の強度を測定します。 曲がったクリップの片方のポールをマグネットに接触させます。 フック部分は自由にぶら下がるはずです。 クリップからクリップを掛けます。 クリップの重さでフックが落ちるまでこれを続けてください。


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フックが外れる原因となったペーパークリップの数に注意してください。 十分な数のペーパークリップを追加してフックが磁石から外れたら、これが発生した正確な数のペーパークリップを慎重に書き留めてください。


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マスキングテープを磁極に貼り付けます。 マスキングテープを3本細くしてマグネットのポールにかぶせ、もう一度フックを引っかけます。


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それが磁石から落ちるまでフックにペーパークリップを追加します。 それが最終的に磁石から落ちるまで、元のペーパークリップのフックからペーパークリップを吊るす前の方法を繰り返してください。


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今度はフックを落下させるのに要したクリップの数を書き留めます。 マスキングテープストリップの数と使用されているクリップの数の両方を必ずメモしてください。


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さらにマスキングテープを使って、上記の手順を数回繰り返します。 毎回、フックが磁石から落ちるまでにかかったクリップの数に注意してください。 ストリップを追加すると、フックが外れるまでのクリップ数が減ったことに気付くはずです。



ガウスメーターによる磁界強度のテスト


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ベースラインまたは元の電圧を計算します。 これは、磁力計としても知られているガウスメーターまたは磁場強度の強度および方向を測定する手持ち式装置であるEMF検出器(電磁場検出器)を使用して行うことができる。 それらはすぐに購入することができ、使いやすいです。 ガウスメーター法は、中学生や高校生に磁場について教えるのに適しています。 これを使い始める方法は次のとおりです。
  • 読み取る最大電圧を10ボルトDCに設定します。

  • メーターを磁石から離して電圧表示を読み取ります。 これはベースラインまたは元の電圧で、V0として表されます。


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メーターのセンサーを磁石のいずれかの極に接触させます。 いくつかのガウスメーターでは、ホールセンサーと呼ばれるこのセンサーは集積回路チップに組み込まれているので、実際には磁石のポールをセンサーに接触させます。


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新しい電圧を記録します。 V1で表されているように、磁石のどの極がホールセンサに接触しているかに応じて、電圧は上昇または下降します。 電圧が上昇した場合、センサーは磁石の南向きポールに接触しています。 電圧が低下した場合は、センサーが磁石の北向きのポールに触れています。

元の電圧と新しい電圧の差を見つけます。 センサーがミリボルトで校正されている場合は、1,000で割ってミリボルトからボルトに変換します。

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結果をセンサーの感度値で割ります。 たとえば、センサの感度がガウスあたり5ミリボルトの場合は5で割ります。10ミリボルトのガウスあたりの感度がある場合は10で割ります。受け取る値は磁石の磁界強度です。ガウス。


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磁石からさまざまな距離で磁場強度をテストするために繰り返します。 磁石の極から一連の定義された距離にセンサーを置き、結果を記録します。