電磁石の強度を上げる方法

電磁石は永久磁石と同じように機能します。 実際、オンとオフを切り替えることができるため、さらに便利です。 電磁石は、ハードドライブ、スピーカー、さらにはスイスのジュネーブにあるMRI装置やCERNの大型ハドロン衝突型加速器などの高度な機器にも搭載されています。 粒子衝突型加速器には、スピーカーよりも強力な電磁石が明らかに必要です。それでは、科学者はどのようにして、電子ビームを集束させるのに十分な強力な磁石を作るのでしょうか。 答えは、単に大きくするよりも少し複雑ですが、それはその一部です。 使用する材料、印加する電圧、周囲温度はすべて重要です。

TL; DR（長すぎる; 読んでいない）

電磁石の強度を上げるには、強度電流を増やすことができます。これを行うにはいくつかの方法があります。 また、巻線の数を増やしたり、周囲温度を下げたり、非磁性コアを強磁性材料に交換したりすることもできます。

デンマークの科学者ハンス・クリスチャン・オルステッドは、ワイヤーを流れる電流が近くのコンパスに影響を与える可能性があることに最初に気づいた人物です。 言い換えれば、それは磁場を生成します。 ワイヤーをコアに巻き付けて、いわゆるソレノイドを形成すると、永久磁石のように、コアの両端が反対の極性になります。 電界の強さは、電流の大きさ、巻線の数、およびコア材料に依存します。 磁石を強くしたい場合は、これだけ覚えておく必要があります。

アンペールの法則によれば、電流が流れるワイヤーの周りの磁場は、電流の強さに正比例します。 言い換えれば、電流強度を上げて磁場を上げると、これを行うには複数の方法があります。

• 電圧を上げる： オームの法則によれば、電流は電圧に比例するため、電磁石を6ボルトのバッテリーで実行している場合は、12ボルトのバッテリーに切り替えてください。 ただし、制限電流に達するまでワイヤ抵抗は温度とともに増加するため、電圧を無期限に増加させ続けることはできません。 それはあなたを次の選択肢へと導きます。

• ワイヤーゲージを下げる： 断面積が大きくなるとワイヤ抵抗が減少するため、ワイヤゲージを小さくしてください。 ゲージを減らすことは、ワイヤの太さを増やすことと同義であることに注意してください。 ソレノイドを16ゲージのワイヤーで包んだ場合は、14ゲージに交換すると、磁石が強くなります。

• 温度を下げる： 抵抗は温度とともに増加するので、磁石を氷点下に維持できれば 温度、それはおそらく違いはないでしょうが、それは室温でのものよりも強くなります たくさんあります。 ただし、極低温では抵抗がほとんどなくなり、電線が超導電性になります。 この事実により、科学者はCERNのような超強力な磁石を設計することができます。

• 導電率の高いワイヤーを使用する： 導電率の高いワイヤーにアップグレードすることで、電流を増やすこともできます。 銅線はおそらく使用できる最も導電性の高い線ですが、銀線はさらに導電性が高くなります。 余裕があれば銀線に切り替えれば、磁石が強くなります。
  

起磁力（mmf）としても知られる電磁石の強度は、電流（I）だけでなく、ソレノイドの周りの巻線数（n）にも正比例します。 電磁石の強度を上げるには、巻線数を増やすのがおそらく最も簡単な方法です。 mmf = nIなので、巻線数を2倍にすると、磁石の強度が2倍になります。 ソレノイドコアの周りにワイヤーを層状に巻き付けるのは問題ありません。 ワイヤーが互いに接触しているとき、磁場は影響を受けません。

必要に応じて、使用済みのペーパータオルロールにワイヤーを巻き付けて電磁石を作成できますが、強力な磁石が必要な場合は、代わりに鉄の芯に巻き付けます。 鉄は磁性体であり、電流を入れると磁化されます。 これにより、事実上、1つの価格で2つの磁石が得られます。 鋼には鉄が含まれているため、それほど強くはありませんが、同じように動作します。 あなたが出くわすかもしれない他の2つの強磁性金属はニッケルとコバルトです。