磁場は、磁石の周囲で磁気の影響が感じられる領域です。磁場は、自然界の磁性物体を取り囲む空間や内部で磁力がどのように分散されるかを説明するために使用するツールです。
磁場の歴史
開発の初期段階
古代文化は磁石とその能力の一部を認識していましたが、フランスの学者ペトルス・ペレグリヌス・デ・マリ宮廷が鉄の針を使用して球状磁石の表面に磁場を引き出したのは 1269 年のことでした。
数学的発達
1750 年の John Michell によると、磁極は逆二乗則に従って引き合い、反発します。1785 年、Charles-Augustin de Coulomb は経験的にこれを確認し、北極と南極は分離できないと主張しました。 1820 年、3 つの発見が磁気学の基礎を揺るがしました。ハンス・クリスチャン・オルステッドが証明したように、通電ワイヤは円形の磁場に囲まれています。
マイケル・ファラデーは 1831 年に電磁誘導を開発し、変化する磁場が周囲の電場を作り出すことを発見し、これをファラデーの誘導の法則と名付けました。当時ウィリアム トムソンとして知られていたケルビン卿は、1850 年に、一般に H と B と呼ばれる 2 つの磁場を区別しました。
すべての古典的な電気と磁気を記述し、関連付けたマクスウェルの方程式は、1861 年から 1865 年の間にジェームス クラーク マクスウェルによって作成され、公開されました。 1861 年、On Physical Lines of Force というタイトルの研究で、これらの方程式の最初のセットが提示されました。
最近の進歩
テスラは 1887 年に最初の交流誘導モーターを作成しました。モーターを回転させるために、回転磁場を形成する多相電流が採用されました。 1888 年 5 月、テスラは電気モーターの特許を取得しました。ガリレオ・フェラーリズは 1885 年に回転磁場を独自に調査し、1888 年 3 月にテスラが特許を取得するわずか 2 か月前に公開されたレポートで、トリノの王立科学アカデミーに彼の調査結果を発表しました。
磁場の概略図
磁場は通常、次の 2 つの方法のいずれかで表示されます。
- 磁場ベクトル
- 磁力線
磁場のベクトル
次に、ベクトル場を使用して、磁場を解析的に説明できます。ベクトル場は、さまざまなベクトルのグリッドで構成されています。このシナリオの各ベクトルはコンパスと同じ方向を指し、その長さは磁力の強さに比例します。
磁力線
磁力線は、磁気ベクトル場で情報を表す別の方法です。磁力線は架空の線で構成されています。
磁力線の特性
<オール>磁場の強さ
多くの場合、磁場強度または磁気強度として知られる磁場強度は、磁場の強さの尺度です。これは文字 H で表され、材料の単位長さあたりの材料内で所定の磁束密度 (B) を生成するために必要な MMF (起磁力) の割合として定義されます。磁場の強さは、メートルあたりのアンペアで測定されます。
テスラは、磁場強度の SI 単位です。導体 1 メートルあたりの電流 1 アンペアあたり 1 ニュートンの力を生成する電界強度は、1 テスラ (1 T) として指定されます。
H=Bμ−M
どこで、
- B は磁束密度
- M は磁化です
- μ は透磁率
磁場の存在を誘発するものは何ですか?
電荷が移動すると、磁場が発生します。電荷を移動させて意味のある磁場を生成するには、主に 2 つの方法があります。利用可能な代替手段は次のとおりです:
- 通電導体によって生成される磁場
- 原子核の周りの電子の動き
通電導体は磁場を生成します。
通電導体の磁力の概念を理解しましょう:
アンペールによれば、電荷が動いているとき、磁場が形成されます。電流を流すためにバッテリーに接続されているワイヤーを考えてみましょう。磁場は、導体を流れる電流と同期して広がります。ワイヤーから遠ざかるにつれて、磁場は弱まります。これは、アンペールの法則によって定義されます。電流が流れる長い導体 I からの r での磁場は、法則に従って次の式で与えられます。
B=μI2πr
透磁率の高い素材を使用すると、磁場を集中させることができます。
ベクトル量なので、磁場には向きがあります。右手の法則を使用して、直線ワイヤを介して流れる従来の電流を計算できます。このルールを使用するには、右手をワイヤーに巻き付け、親指を現在の方向に向けることを想像してください。指は、ワイヤーに巻き付く磁場の方向を表しています。
原子核の周りの電子の動き
核の周りの電子の移動度は、永久磁石を動作させるものです。磁石に変えることができる元素はごくわずかで、一部の元素は他の元素よりもはるかに強力です。この状態を達成するには、いくつかの正確な要件に従う必要があります。
原子は大きな電子密度を持っており、磁場全体を打ち消すように結合しています。このようにつながれた 2 つの電子のスピンは反対であると言われます。このことから、材料が磁性を帯びるには、同じスピンを持つ 1 つ以上の不対電子を持つ原子が必要であると推測できます。鉄はこれらの電子を 4 つ持つ物質であり、磁石を作るのに理想的です。
結論
数十億個の原子がわずかな物質を構成しています。材料に含まれる不対電子の数に関係なく、不対電子がランダムに配向されている場合、全電界は相殺されます。室温で、材料は全体的に好ましい配向を確立できるように十分に安定している必要があります。恒久的に確立されている場合、強磁性体とも呼ばれる永久磁石があります。
外部磁場にさらされると、一部の材料は十分に高度に秩序化されて磁性を帯びます。外部フィールドはすべての電子スピンを整列させますが、外部フィールドが取り除かれると、整列は蒸発します。これらの物質は常磁性と呼ばれます。
