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平成15年度 通信講習用 船舶電気装備技術講座(電気工学の基礎編、初級)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導等
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


2. 磁気と電気
2・1 磁界の強さと方向
 磁界線の存在する空間を磁界といい, この中で磁極間の力の作用及び大きさについては, 1・2のクーロンの法則で述べたが, ここではこの法則を応用して, 磁界中に, ある磁極をおくとき, これに作用する力, 即ち, 磁界の強さの大きさ及びその方向について述べよう。
 上記の現象を図示すれば図2・1のとおりである。磁石のN極からS極の方向に磁力線が出ているとして, この磁界中に+mなる磁気量の磁極をおいたとき, その磁界の強さと方向は, 図のとおりN極からの反発力とS極からの吸引力の合成されたベクトル量の強さであって, その方向は図のとおりとなる。
 
図2・1
 
 そこで, 磁界の強さHの単位〔単位記号A/m又はAT/m〕は, 1〔Wb〕の単位磁気量の磁極を磁界中においたとき, これに働く磁力が1〔N〕であるような磁界の強さの単位をいうと定義づけられているから,
 即ち, 磁界の強さ
 
 
である
よって, 磁極に働く力F=m・H〔N〕・・・(2・1)
 そこで, 図2・2の場合について, さらに考えよう。
 
図2・2
 
 +m〔Wb〕の正磁極からr〔m〕のところのA点における磁界の強さを求めるには, A点に1〔Wb〕の正磁極を置いたと仮定して, これに働く力がF〔N〕であれば, A点の磁界の強さHは(2・1)式から, m=1として, H=F〔A/m〕となる。また, (1・1)式をこれに代入すれば,
 
 
真空中では,
 
 
 次に, 磁界の方向は, 図のとおりmとA点とを結ぶ線上にあって, mが正極であればm極からA点に向い, 負極であればA点からm極に向う。
〔例題〕(1)空気中において磁界の大きさHが10〔A/m〕の点に8×10-3〔Wb〕の磁極を置くと, この磁極に何ニュートンの力が働くか。
〔解〕(2・1)式を利用して
F=Hm=10×8×10-3=8×10-2〔N〕
〔例題〕(2)真空中で6×10-5〔Wb〕の磁極から10〔cm〕の距離にある点の磁界の大きさは何A/mとなるか。
〔解〕(2・2)式を利用して
 
 
 1〔Wb〕の磁極からは, 何本の磁力線が出ているかを計算しよう。
 図2・3において, +m〔Wb〕磁極からこれを中心として各方向に均等に磁力線が出ていると考える。
 
図2・3
 
 いま磁極を中心とする半径γ〔m〕の球面を想定し, この球面上の任意の点aの磁界の強さH〔A/m〕は, 球面上のその点におかれた1〔Wb〕の正磁極に働く力を求めればよいから(2・2)式によって
 
 
となる。ところが, 磁界の強さH〔A/m〕の点では1〔m2〕当たりH〔本〕の磁力線が通るものとしてあるから, 球面全体に通る磁束を求めるには球の表面積(=4πr2)にHを乗ずればよい。即ち
 
 
となる。したがって, 1〔Wb〕の磁極からは
 
 
の磁力線が出ることになる。ところでμ=μoμsで空気中ではμS≒1と考えてよいから, 1〔Wb〕の磁極からは空気中では
 
 
の磁力線が出ることになる。
 μo=4π×10-7であるから
 
 
となる。
 磁極線の数は(2・3)式から媒質の種類(μ)によって違う。そこで磁極の強さだけによって定まる線を考え, m〔Wb〕の磁極からはm〔本〕の線が出ると仮定する。この線を磁束といっている。磁束の単位に同じくウェーバ〔単位記号Wb〕を用いる。例えば, 1〔Wb〕の正磁石からは1〔Wb〕の磁束が出る。したがって, 磁束の磁力線数は(2・3)式から
 
 
であることがわかる。また, 磁束の単位面積当たりについて求めたのが磁束密度〔量記号Bで表す〕である。
 磁束密度の単位はウェーバ毎平方メートル〔単位記号Wb/m2で, これをテスラ〔単位記号T〕ということが多い。







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