磁場はどのように機能しますか？

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​磁場磁力がオブジェクトの周りの空間にどのように分布するかを説明します。 一般に、磁気を帯びた物体の場合、磁力線は、上の図に示すように、地球の磁場の場合と同じように、物体のN極からS極に移動します。

オゾン層を有害な太陽風から保護する地球の磁場には、物体を冷蔵庫の表面に付着させるのと同じ磁力が使用されます。 磁場は、オゾン層が二酸化炭素を失うのを防ぐエネルギーのパケットを形成します。

これは、磁石の存在下で鉄のやすり、小さな粉のような鉄片を注ぐことで観察できます。 一枚の紙または軽い布の下に磁石を置きます。 鉄のやすりを注ぎ、それらがとる形と形成を観察します。 磁場の物理学に従って、ファイリングをこのように配置および分散させるために必要な力線を決定します。

北から南に引かれる磁力線の密度が高いほど、磁場の大きさは大きくなります。 これらの北極と南極は、磁性体が引力（北極と南極の間）であるか、反発（同一の極の間）であるかを決定します。 磁場はテスラの単位で測定されます、T​.

電荷が動いているときはいつでも磁場が形成されるため、磁場はワイヤーを通る電流から誘導されます。 フィールドは、電線を流れる電流と電流が移動する距離に応じて、磁力の潜在的な強さと方向を説明する方法を提供します。 磁力線はワイヤーの周りに同心円を形成します。 これらのフィールドの方向は、「右手の法則」を介して決定できます。

この規則は、ワイヤーを流れる電流の方向に右手の親指を置くと、結果として生じる磁場が手の指がカールする方向にあることを示しています。 より大きな電流で、より大きな磁場が誘導されます。

さまざまな例を使用できます右手の法則、磁場、磁力、および電流を含むさまざまな量の方向を決定するための一般的な規則。 この経験則は、量の数学によって決定されるように、電気と磁気の多くの場合に役立ちます。

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この右手の法則は、磁気の反対方向にも適用できます。ソレノイド、または磁石の周りのワイヤーに巻き付けられた一連の電流。 右手の親指を磁場の方向に向けると、右手の指が電流の方向に回ります。 ソレノイドを使用すると、電流を介して磁場の力を利用できます。

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電荷が移動すると、スピンして動き回る電子がそれ自体が磁性体になるため、磁場が発生します。 鉄、コバルト、ニッケルなどの基底状態に不対電子を持つ元素は、永久磁石を形成するように整列させることができます。 これらの要素の電子によって生成された磁場は、電流がこれらの要素をより簡単に流れるようにします。 磁場自体も、反対方向の大きさが等しい場合、互いに打ち消し合う可能性があります。

バッテリーを流れる電流私磁場を発しますB半径でrの式によるとアンペールの法則​:

どこμ​₀ は真空透磁率の磁気定数であり、1.26 x 10^-6 H / m（ヘンリーがインダクタンスの単位である「メートルあたりのヘンリー」）。 電流を増やすこととワイヤに近づくことの両方が、結果として生じる磁場を増やします。

物体が磁性を帯びるには、物体を構成する電子が物体内の原子の周りや原子間を自由に移動できる必要があります。 材料が磁性を帯びているためには、同じスピンの不対電子を持つ原子が理想的な候補です。これらの原子は互いに対になって電子が自由に流れることができるからです。 磁場の存在下で材料をテストし、これらの材料を構成する原子の磁気特性を調べることで、それらの磁性について知ることができます。

​強磁性体それらが永久に磁気であるというこの特性を持っています。パラマグネット対照的に、電子のスピンを自由に移動できるように整列させる磁場が存在しない限り、磁気特性は表示されません。反磁性磁場の影響をまったく受けない、または磁場の影響をほとんど受けないような原子組成を持っています。 それらには、電荷を流すための不対電子がないか、ほとんどありません。

パラマグネットは、常に磁気モーメント、ダイポールとして知られています。 これらのモーメントは、これらの材料を構成する原子の軌道にある不対電子のスピンにより、外部磁場と整列する能力です。 磁場の存在下では、材料は磁場の力に対抗するように整列します。 常磁性元素には、マグネシウム、モリブデン、リチウム、タンタルが含まれます。

強磁性材料内では、通常、常磁性材料の加熱と冷却の結果として、原子の双極子は永続的です。 これにより、電気機器で使用する電磁石、モーター、発電機、変圧器の理想的な候補になります。 対照的に、反磁性体は、電子が電流の形で自由に流れるようにする力を生成することができ、次に、反磁性体に加えられた磁場とは反対の磁場を生成します。 これは磁場を打ち消し、それらが磁気になるのを防ぎます。

磁場は、磁性材料の存在下で磁力をどのように分散させることができるかを決定します。 電場は電子の存在下での電気力を表しますが、磁場には磁力を表すような類似の粒子はありません。 科学者たちは磁気単極子が存在する可能性があると理論付けていますが、これらの粒子が存在することを示す実験的証拠はありません。 それらが存在する場合、これらの粒子は、荷電粒子が電荷を持っているのとほぼ同じように、磁気「電荷」を持っています。

磁力は、粒子や物体の電気的成分と磁気的成分の両方を表す力である電磁力によって発生します。 これは、電流や電場などの同じ電気現象に対する固有の磁性がどのようになっているのかを示しています。 電子の電荷は、電場や電気力とほとんど同じように、磁場が磁力によって電子を偏向させる原因となります。

移動する荷電粒子だけが磁場を放出し、すべての荷電粒子は放出します 電場、磁場、電磁界は同じ基本的な力の一部です 電磁気。 電磁力は、宇宙のすべての荷電粒子間に作用します。 電磁力は、静電気や分子をつなぐ電荷を帯びた結合など、電気や磁気の日常的な現象の形をとります。

この力は化学反応とともに、回路に電流を流す起電力の基礎にもなります。 磁場が電場と絡み合って見られるとき、結果として生じる生成物は電磁界として知られています。

ザ・ローレンツ力方程式​

荷電粒子にかかる力を表しますq速度で動くv電界の存在下でEと磁場B. この方程式では、バツの間にqvそしてB外積を表します。 第一期qE力への電界の寄与であり、第2項qv x B磁場の寄与です。

ローレンツ方程式はまた、電荷の速度間の磁力がvと磁場Bですqvbsinϕ有料qどこϕ（「ファイ」）は間の角度ですvそしてB、1未満である必要があります80度。 間の角度の場合vそしてBが大きい場合は、反対方向の角度を使用してこれを修正する必要があります（外積の定義から）。 場合ϕが0の場合、速度と磁場が同じ方向を向いている場合、磁力は0になります。 粒子は磁場によって偏向されることなく動き続けます。

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上の図では、2つのベクトル間の外積aそしてbですc. の方向と大きさに注意してくださいc. に垂直な方向にありますaそしてb右手の法則によって与えられたとき。 右手の法則は、結果の外積の方向を意味しますc右手の人差し指がの方向にあるときの親指の方向によって与えられますbそしてあなたの右中指はの方向にありますa​.

外積は、両方に垂直なベクトルをもたらすベクトル演算です。qvそしてB3つのベクトルの右手の法則によって与えられ、ベクトルが平行四辺形の面積の大きさで与えられますqvそしてBスパン。 右手の法則は、間の外積の方向を決定できることを意味しますqvそしてB右手の人差し指をの方向に置くことによってB、中指の方向にqv、結果として得られる親指の方向は、これら2つのベクトルの外積方向になります。

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上の図では、右手の法則は、磁場、磁力、およびワイヤーを流れる電流の関係も示しています。 これは、力の方向と場の間の外積が電流の方向に等しいため、これら3つの量の間の外積が右手の法則を表すことができることも示しています。

MRI、磁気共鳴画像法では、約0.2〜0.3テスラの磁場が使用されます。 MRIは、医師が脳、関節、筋肉などの患者の体内の内部構造を研究するために使用する方法です。 これは一般に、磁場が体の軸に沿って流れるように患者を強い磁場内に置くことによって行われます。 あなたが患者が磁気ソレノイドであると想像するならば、電流は彼または彼女の体と 磁場は、右手で指示されるように、体に対して垂直方向に向けられます。 ルール。

次に、科学者と医師は、陽子が通常の整列からどのように逸脱するかを研究して、患者の体内の構造を研究します。 これにより、医師はさまざまな状態の安全で非侵襲的な診断を行うことができます。

その過程で人は磁場を感じませんが、水がたくさんあるので 人体では、水素原子核（陽子）は磁気によって整列します フィールド。 MRIスキャナーは、陽子がエネルギーを吸収する磁場を使用し、磁場がオフになると、陽子は通常の位置に戻ります。 次に、デバイスはこの位置の変化を追跡して、プロトンがどのように整列しているかを判断し、患者の体内の画像を作成します。