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磁界と磁束密度について

電験三種

磁極が磁力を及ぼす空間(範囲)を磁界といいます。
磁界はトランスの基本的な原理に関係する重要な理論なので本項で説明します。

磁界を実際に見ることはできないので視覚的にわかりやすく表したものがあります。
下記の図をご覧ください。

磁力は図のようにN極からS極へ向かう性質を持っており、それを視覚的に表したものが磁力線です。
この磁力線は数値化でき、数が多いほど磁極の強さが大きくなり少ないほど小さくなります。
それである範囲(単位面積)の中に磁力線の数が何本あるかで磁界の強さを計ることができるのです。

ではこれらを用いて磁界の強さを求めていきましょう。
まずは磁力線の本数Nの求め方ですが、下記の式で表されます。

N=m/μ0 [単位:本]

N:磁力線の本数
m:磁極の強さ(Wb(ウェーバー))
μ0:真空の透磁率(H/m(ヘンリー毎メートル))

この式をもとに磁力線の密度と磁界の強さを求めてみましょう。下記の式が成り立ちます。

補足ですが、面積Sが4πr<sup>2</sup>となるのは磁力線が同じ力を及ぼす範囲が球体の面積になるという考え方によります。

この式を見てお気づきかと思いますが、磁気回路のクーロンの法則によく似ています。
これは磁界の強さが、磁極mから距離r離れたところに1Wbの磁極をおいたところに働く力と同じ大きさだからです。

続いて磁界の強さと深い関係があるのが磁束密度を取り上げます。
磁束密度とは磁束(磁力線の束)が単位面積あたりにどれだけの量あるかを表したものです。
式に表すと次のようになります。

B=φ/S

B:磁束密度(単位:T(テスラ))
φ:磁束(単位:Wb)
S:面積(単位:㎡)

そして距離rの地点の磁束密度は下記の式になります。

つまり、磁界の強さと真空の透磁率の積が、磁束密度になるということです。

磁界の強さと磁束密度は、電磁力を理解していく上でクーロンの法則と同じく基本となります。
まずはそれぞれの式が何を求めるものかを理解し暗記するようにください。

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