La 電磁力 または、既知の電磁気学は、現在の環境で見られる相互作用のほとんどに関与しています。電気は、磁場を生成することもできます。 このトピックの詳細については、こちらをご覧ください。
電磁気学
電磁気学は、導管に電流を流すことによって引力の場が生成されるプロセスであり、導体に電荷があると、導体から磁力線が生成されます。
たとえば、電流、つまりワイヤ内を移動する正電荷がワイヤに沿って磁場を生成する場合、磁力線の方向と力は右手の法則を使用して決定できます。
電磁力
電磁力は光子によって運ばれ、原子構造、化学反応、電荷と磁気に関連する引力と反発力、および重力と同様に他のすべての電磁現象に関与します。電磁力は無限の範囲を持ち、逆二乗の法則に従います。 。
電磁力はエネルギーのある核力よりも壊れやすいので、重力よりも強いことに注意することが重要です。 重要な科学者 彼らは、電磁力と弱い核力の両方が、電気降下力と呼ばれる単一の力の側面であるという意見です。
電磁気学が発明される前は、電気と磁気は1873つの異なる主題であると考えられていましたが、XNUMX年にジェームズクラークマクスウェルが電気磁気論を発表した後、意見が変わりました。
この出版物は、正電荷と負電荷の相互作用は力によって媒介されると述べています。この観察は電磁気学の基礎を築き、後にマイケルファラデー、オリバーヘヴィサイド、ハインリヒヘルツなどの多くの科学者が電磁気学のアイデアに貢献しました。
マグネット
磁石は岩や金属であり、周囲に目に見えない磁場を作り出します。この磁場は他の磁石や特定の金属を引き付けます。磁場の存在が、金属製の冷蔵庫のドアを磁石で覆うことができる理由です。
磁場は磁石の端の側面によって結合されます、これらの端は極として知られています、すべての磁石はXNUMXつの極、N極とS極を持っています、XNUMXつの磁石を持っていると磁力を理解することができます極は互いに隣接しています。
磁石は、ドメインと呼ばれるグループに結合された数百万の分子で構成されています。各ドメインは、ドメインの向きが同じで、強度が組み合わさってより大きな磁石を形成する、北極と南極を持つ鉱物磁石のように動作します。
鉄には一方向に配向できる多くのドメインがあります。つまり、磁化します。プラスチック、ゴム、木材、その他の材料のドメインは無秩序な状態にあり、磁場は多方向であるため、これらの材料は磁化できません。
古代ギリシャ人は鉄を最初に発見した人々の一人でした。彼らにとって、磁気は魔法のように見えたかもしれません。結局、磁場は見えませんが、その効果は感じられます。
過去XNUMX世紀にわたって、科学者たちは磁石の秘密はその構造にあることを学びました。 アトミック、宇宙のすべてのオブジェクトは原子で構成されており、各原子の中心には原子核があり、電子として知られている粒子が原子核を周回しています。
このプロセスは、電子の周りに磁場を生成します。磁気は、電子が同じ方向に回転するときに発生します。 電磁力 電子の、オブジェクトを素晴らしい磁石にします。
磁性の歴史
磁性は古くから研究されており、過去XNUMX世紀で現代文明の基礎となり、人類は少なくともXNUMX年半の間磁気現象に関する知識を蓄積してきました（電気力の最初の観測はその後千年になりました） 。
XNUMX年前、物理学の形成の夜明けに、物質の磁気特性が電気的特性から分離され、その後、両方が長い間独立して研究されたため、基礎が作成されました。 XNUMX世紀半ば、電磁現象の統一理論の基礎となりました。
おそらく、天然鉱物のロードストーンの異常な特性は、青銅器時代にすでにメソポタミアで知られており、鉄冶金の出現後、ロードストーンが鉄製品を引き付けることに気付くことは不可能でした。
この魅力の理由は、ギリシャ哲学の父であるタレス・オブ・ミレトゥス（紀元前640年から546年頃）によってすでに考えられていました。これは、この鉱物の特別なアニメーションによって説明されました。 タレスはまた、羊毛にこすりつけられた琥珀が乾燥した葉や小さな破片を引き付けることを知っていたので、精神的な力を与えました。
ギリシャの詩人ニカンダーは、岩のそばに現れた羊飼いのマグニスに言及しました。彼は彼のスタッフの鉄の先端を彼に引き寄せましたが、これはおそらく美しい伝説です。
後にギリシャの思想家たちは、マグネタイトと鉄を包み、それらを互いに引き付ける目に見えないペアについて話しました。当然のことながら、マグネットという言葉自体にもギリシャ語のルーツがあります。
磁石の最初の言及については、コンパスや宗教カルトの文脈で古代世界の歴史で一般的に考えられているさまざまな情報があります。いくつかの推定によれば、ロードストーンまたは磁性鉄は、XNUMX年前に中国で最初に発見されました。キリスト。
西洋の研究者は古代ギリシャ人に磁性の発見を優先する傾向があることに注意してください。磁性材料の使用に関する最初の言及は、伝説的な中国の皇帝黄帝が戦闘中にコンパスを使用した紀元前XNUMX千年紀にさかのぼります。
しかし、別のバージョンによると、彼はいわゆる南向きの戦車を使用し、紀元前XNUMX千年紀の終わりの中国の船員は航海にコンパスを使用しました。
中世には、磁気の性質に関する新しい知識や理論の蓄積は事実上なく、神学的な仮定をしたのは僧侶だけでしたが、さまざまな国の民芸では、すべての金属を引き付けることができる磁気の山や島が時々言及されましたオブジェクト。
ヨーロッパの伝説のXNUMXつによると、貧しい宝石商のフラビオジョヤは、金持ちの漁師ドメニコの娘と結婚するために磁気コンパスを発明しました。父親はそのような義理の息子を望まず、泳ぐことを学ぶための条件を確立しました。夜の霧の中で一直線に。
独創的な宝石商は、磁性石が付いたコルクが一杯の水に入れられ、常に一方向に向けられ、困難な作業を完了することができたことに気づきました。実際、宝石商は1450年に教皇の秘書フラヴィオビオンドでした。コンパスについてのアマルフィの住民の知識を説明しました。
磁場と磁束
これらの磁場は、磁石、電流、または不定電場の集団におけるベクトル磁場であり、磁力が表示されます。磁場は、スピンとして知られる必須の量子メンバーシップに関連する基本粒子の攪拌電荷と密接な磁気周期から発生します。 。
磁場と電場は互いに接続されており、XNUMXつのうちのXNUMXつである電磁力のデバイスです。 自然の基本的な力.
問題は、私たち自身の感覚で磁場を検出できないことです。そのため、磁場を「見る」ためにコンパスを使用する必要があります。コンパスは、小さな磁石にすぎず、それに応じて自由に回転できるように吊り下げられています。磁場。
すべての磁石と同様に、針には他の磁石の極によって引き付けられてはじかれる北極と南極があります。コンパスが強い磁場に置かれると、引力と斥力によって針が完全に整列するまで回転します。フィールドの方向。
私たちの実験では、オープンスペースにスクールバスほどの大きさの棒磁石があると想像します。 これは、磁石の周りを歩いていることを視覚化し、非常に強い磁場を扱っていることを納得させるのに役立ちます。 コンパスを手に、北極の隣から始めて、針の向きをメモします。
針が磁石から離れてまっすぐに向いていることがわかります。針が指している方向に歩き始めると、ポールから離れると針が回転し始めます。側、針を続けて、私たちは最終的に磁石の周りを歩き、南極に到達します。ここでは、針は磁石に直接向けられます。
磁束は、特定の表面領域を通過する総磁場の測定値により、閉じた表面を通過する磁力線の数として定義されます。ここで、検討中の領域は、任意のサイズおよび任意の方向になります。磁場の方向に。
ファラデーの素晴らしいアイデアは、彼が電磁誘導で行った一連の実験を説明するための簡単な数学的関係を見つけることにありました。
ファラデーは科学に多大な貢献をし、XNUMX世紀の最も偉大な実験科学者として広く知られています。彼の研究を評価する前に、電磁誘導に重要な役割を果たす磁束の概念を理解しましょう。
磁束を計算するために、下の画像に示すように、磁石または磁石のシステムの磁力線画像を考慮します。これは、大きさの磁場均一磁場に配置されたAによって与えられる領域の平面を通る磁束です。 Bによって与えられるのは、磁場と面積Aのドット積として与えられます。
物質の磁気特性
すべての物質は、外部磁場に置かれると磁気特性を示します。通常、磁気特性を持っているとは考えられていない銅やアルミニウムなどの物質でさえ、棒磁石のいずれかの極によって生成されるような磁場の存在の影響を受けます。
磁石の極に向かって引力または反発があるかどうかに応じて、物質はそれぞれ常磁性または反磁性に分類されます。一部の材料、特に鉄は、永久磁石の極に向かって強い引力を示します。 このタイプの材料は強磁性と呼ばれます。
1845年、ファラデーは物質を反磁性または常磁性として最初に分類しました。彼は、不均一な磁場で物質に加えられる力の観察に基づいてこの分類を行いました。
磁化率が正の物質は常磁性体に分類され、場合によっては（ほとんどの金属を含む）磁化率は温度に依存しませんが、ほとんどの化合物では温度に強く依存し、温度が下がると増加します。
この温度を下回ると、材料は自発磁化を示します。つまり、強磁性になり、その磁気特性は常磁性相または高温相の磁気特性とは大きく異なります。
特に、その磁気モーメントは磁場を加えることによって変更できますが、特定の磁場で到達するモーメントの値は常に同じではなく、サンプルの以前の磁気的、熱的、および機械的処理に依存します。
自由磁気双極子モーメントの場合、モーメントの方向は通常ランダムであり、その結果、物質には正味の磁化がなく、磁場が印加されると、双極子は完全にランダムに方向付けられなくなります。 フィールドに対してよりも多くの双極子がフィールドを指します。
これにより磁場方向に正味の正磁化が生じ、その物質が正の磁化率を持ち、常磁性に分類される場合、固有のモーメントは通常は存在しないが、外部磁気の影響下で現れる物質のXNUMX番目のカテゴリがあります分野。
磁気ヒステリシス曲線
磁性体の磁束密度Bが磁化力Hに遅れる現象は、次のように知られています。 磁気ヒステリシス、 ヒステリシスという言葉は、遅れることを意味するギリシャ語のヒステリシスに由来しています。
言い換えると、磁性材料が最初に一方向に磁化され、次に他の方向に磁化されて、XNUMXつの磁化サイクルが完了すると、磁束密度Bは加えられた磁化力Hより遅れていることがわかります。
https://youtu.be/BL4F-Afugio
常磁性、反磁性、強磁性、強磁性、反強磁性など、さまざまな種類の磁性材料があり、主にヒステリシスループの発生に関与します。
磁場が印加されていない場合、強磁性体は常磁性体として動作します。つまり、初期段階では、強磁性体に磁場が印加されるとすぐに、強磁性体の双極子が整列せず、ランダムに配置されます。材料、それらの双極子モーメントは、上の図に示すように特定の方向に整列し、はるかに強い磁場をもたらします。
電流によって生成される磁場
長い直線のワイヤーに電流を流すと、ワイヤーを中心とした円で磁力線が形成される磁場が発生します。この磁場は、ワイヤーの近くに磁気コンパスを配置することで検出できます。磁場の方向Bは次のように決定できます。右手の法則。
電流を使ってより強い磁場を生成するために、いくつかのループがグループ化されていわゆるソレノイドを形成します。ソレノイドは、強い磁場だけでなく、磁石に似たN極とS極の均一な磁場も生成します。
ソレノイドには多くの用途があり、ソレノイドの電流を制御することでソレノイドが生成する磁場を制御でき、ソレノイドの電流をオンまたはオフにでき、ソレノイドの電流を増減することで強度を制御できます。磁場の。磁気が生成されます。
ローレンツ力とも呼ばれる電磁力は、静止している荷電粒子と移動している荷電粒子がどのように相互作用するかを説明します。 電磁力 これまでに異なる電気力と磁力が含まれているため、磁力と電気力は実際には同じ基本力であるため、電磁力はXNUMXつの基本力のXNUMXつです。
アインシュタインは、観測者が荷電粒子とともに動くと、磁場が電場に変換され、その逆もまた同様であるという考えから、相対性の理論を発展させました。これは、すべての電荷が点電荷である場合の電磁力の特殊なケースです。ポイントチャージに分割されます）、クーロンの法則です。
ファラデー-レンツ、電磁誘導
レンツの電磁誘導の法則は、不定の磁場によって導体に誘導される電流の方向が、引き起こされた電流によって生成された磁場がそれを生成した初期の可変磁場に面するようになることを確立し、この電流の流れの方向が与えられますフレミングの右辺の法則による。
これは最初は理解するのが難しい場合があるので、問題の例を見てみましょう。磁場が電流を誘導すると、この誘導電流を生成する磁場が独自の磁場を生成し、この磁場は常に次のようになることを覚えておいてください。それは最初にそれを作成した磁場に対抗します。
磁場「B」が減少しているとき、誘導磁場は再びそれに対抗しますが、今回の「対抗」は、減少する変化率に対抗するため、磁場を増加させるように作用していることを意味します。
レンツの法則はファラデーの誘導の法則に基づいています。ファラデーの法則は、変化する磁場が導体に電流を誘導することを示しています。レンツの法則は、この誘導電流の方向を示しています。これは、ファラデーの法則の公式では負の符号で示されています。
コイルの電磁誘導
その重要な年のファラデーの実験のXNUMXつは、このチュートリアルに示されているものと同様に、紙のシリンダーに巻かれたワイヤーのコイルに接続された永久磁石と検流計を特徴としていました。
ファラデーの実験をシミュレートするには、棒磁石をコイル内で前後にドラッグします。コイルに接続された電圧計は、磁石が実際に動いているときに電流が存在することを示すだけであり、針が動くことに注意してください。コイルを引きずると、磁石がコイルに向かって反対方向に移動します。
また、磁石から放射される青色で描かれた磁力線と、磁石がどちらの方向に動くかによって電流の方向がどのように変化するかに注意してください。
ご覧のとおり、磁石の北端がコイルに入ると、コイルの周りを反時計回りに流れる電流が誘導され、磁石がコイルから引き出されると、方向が時計回りに逆になります。
また、磁石を徐々にではなく急速に動かすと、生成される電流が強くなることに注意してください。回転数スライダーを調整し、磁石をコイルに再度出し入れして、コイル内のワイヤーの巻き数の比率を決定します。コイルとそのコイルに誘導される電流。
電圧計が示すように、より多くの巻き線から作られたコイルに高い電圧を誘導することができます。磁石の青いボタンを使用して、異なる力線を示す磁石の南端が相互作用するときに物事がどのように変化するかを確認しますワイヤーのコイル。
この電磁誘導のデモンストレーションでは、可動磁石の機械的エネルギーが電気に変換されます。これは、導体に入る可動磁場が導体に電流を誘導するためです。また、ワイヤに誘導された電流が発生します。次に、ワイヤの周りに別の磁場を生成します。
渦電流
渦電流は、電流の渦のように導体を通過する電流であり、磁場の変化によって引き起こされ、磁場の平面に垂直な閉ループを流れます。
それらは、導体が磁場の中を移動するとき、または静止した導体の周りの磁場が変化するとき、つまり、導体に磁場の強さまたは方向の変化を経験させるものすべてが変化するときに作成できます。渦電流を生成する可能性があります。
電流のサイズは、磁場のサイズ、ループの面積、および磁束の変化率に応じており、他の電流と同様に、導体の抵抗率に反比例します導体を通して蒸留すると、現在の寄生虫はそれ自身の磁場を生成します。
レンツの法則によれば、渦電流のように、磁気的に誘導された電流の方向は、生成された磁場がそれを生成した磁場の変化に対抗するようになります。
反対の磁場によって設定されたこの抵抗は、回転する動力工具を失速させる方法として一般的に使用される渦電流ブレーキで崩壊します。
電磁力の例
言及できる最も一般的な例は次のとおりです。
- 太陽やその他の光源からのすべての光は、電磁力のキャリアである光子で構成されています。
- 磁石と有害な放射線から私たちを守る地球の磁場は、電磁力の側面です。
- ガンマ線は、原子核がエネルギーを失うことを可能にする電磁メカニズムです。 トムソン原子モデル.
- 同様の電荷間の静電反発力により、太陽はその水素のすべてを急速に融合することができなくなりました。
- 電磁力も広範囲に渡っており、すべての基本的な力の中で最も多様で影響力があります。
