磁場、それは何ですか？ -特別な種類の問題。
それはどこにありますか？ -移動する電荷の周り（電流のある導体の周りを含む）
検出する方法は？ -磁気針（または鉄のやすり）の助けを借りて、または電流を伴う導体への作用によって。

Oerstedの経験：

電気が導体を通って流れ始めると、磁気針が回転します。 現在、以来 通電導体の周囲に磁界が発生します。

2つの導体と電流の相互作用：

電流が流れる各導体の周囲には独自の磁場があり、隣接する導体に何らかの力で作用します。

電流の方向に応じて、導体は互いに引き付けたり反発したりする可能性があります。

昨年の学年を振り返ってください。

MAGNETIC LINES（または磁気誘導の線）

磁場をどのように表現しますか？ -磁力線を使用する。
磁力線、それらは何ですか？

これらは、磁気矢印が配置され、磁場内に配置される架空の線です。 磁力線は磁場の任意の点を通ることができ、方向があり、常に閉じています。

昨年の学年を振り返ってください。

不均一な磁場

不均一な磁場の特性：磁力線が湾曲している、磁力線の密度が異なる、磁場が磁気針に作用する力は、この磁場のさまざまなポイントで大きさと方向が異なります。

不均一な磁場はどこに存在しますか？

電流のある真っ直ぐな導体の周り。

ストリップマグネットの周り。

ソレノイド周辺（電流コイル）。

均質な磁場

均一な磁場の特性：磁力線は平行な直線です。磁力線の密度はどこでも同じです。 磁場が磁気針に作用する力は、大きさ方向のこの磁場のすべての点で同じです。

均一な磁場はどこに存在しますか？
-ストリップマグネットの内側とソレノイドの内側（長さが直径よりはるかに大きい場合）。

面白い

鉄とその合金が高度に磁化される能力は、高温に加熱されると失われます。 純鉄は767°Cに加熱するとこの能力を失います。

今日の製品の多くで使用されている強力な磁石は、心臓病患者のペースメーカーや埋め込まれた心臓装置に影響を与えることができます。 鈍い灰色で簡単に区別できる一般的な鉄またはフェライト磁石は、強度がほとんどなく、ほとんどまたはまったく問題ありません。
しかし、最近、非常に強力な磁石が登場しました。光沢のある銀色で、ネオジメチル、鉄、ホウ素の合金を表しています。 それらが生成する磁場は非常に強いため、コンピューターディスク、ヘッドホン、スピーカーだけでなく、おもちゃ、宝石、さらには衣類にも広く使用されています。

マロルカの主要都市の道路に着くと、フランスの軍用船「ラ・ロレイン」が登場しました。 彼の状態は非常に悲惨だったので、船は自力でほとんど停泊しませんでした.22歳のアラゴを含むフランスの科学者が船に乗り込んだとき、船は稲妻によって破壊されたことがわかりました。 委員会が船を調べ、焼けたマストと上部構造を見て頭を振っている間、アラゴは急いでコンパスに向かい、彼が期待するものを見ました：コンパスの矢印はさまざまな方向を向いていました...

1年後、アルジェリアの近くで墜落したジェノバの船の残骸を掘り下げて、アラゴはコンパスの矢が消磁されていることを発見しました。霧の夜の真っ暗闇の中で、船長は、コンパスのある危険な場所から離れて、船を北に向けて、実際に避けようとしていたことに抵抗できませんでした。 ..。 船は、稲妻に打たれた磁気コンパスにだまされて、岩の周りを南に向かっていた。

V. Kartsev 三千年の磁石。

磁気コンパスは中国で発明されました。
すでに4000年前、キャラバンは土鍋を持って行き、「すべての高価な貨物よりも途中でそれを世話しました」。 木製のフロートの液体の表面に、鉄を愛する石を置きます。 彼は向きを変えることができ、常に南の方向に旅行者を指差した。それは太陽がないとき、彼らが井戸に行くのを助けた。
私たちの時代の初めに、中国人は鉄の針を磁化することによって人工磁石を作る方法を学びました。
そして千年後、ヨーロッパ人は磁化されたコンパス針を使い始めました。

地球磁場

地球は大きな永久磁石です。
南磁極は、地球の基準では北地理極の近くにありますが、それでも約2000km離れています。
地表には、浅い深さにある鉄鉱石の磁場によって自身の磁場が強く歪む領域があります。 これらの領域の1つは、クルスク地域にあるクルスク磁気異常です。

地球の磁場の磁気誘導はわずか約0.0004テスラです。
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地球の磁場は、太陽活動の増加の影響を受けます。 約11。5年に1回程度増加し、無線通信が途絶え、人や動物の健康状態が悪化し、コンパスの矢が思いがけず左右に「踊り」始めます。 この場合、彼らは磁\u200b\u200b気嵐が来ていると言います。 それは通常、数時間から数日続きます。

地球の磁場は時々その向きを変え、経年振動（5〜1万年続く）を実行し、それ自体を完全に再向きにします。 磁極の交換（100万年で2〜3回）。 これは、遠い時代の堆積岩や火山岩の「凍結」磁場によって示されます。 地磁気の振る舞いは混沌とは言えず、一種の「スケジュール」に従います。

地磁気の方向と大きさは、地球のコアで発生するプロセスによって設定されます。 内側の固体コアによって決定される特徴的な極性反転時間は3000年から5000年であり、外側の液体コアによって決定される-約500年です。 これらの時間は、地磁気の観測されたダイナミクスを説明することができます。 さまざまな地球内プロセスを考慮したコンピューターモデリングにより、約5000年で磁場の極性反転の可能性が示されました。

磁石に焦点を当てる

1842年まで存在した有名なロシアの幻想家ガムレツキーによる「魅惑の神殿、またはガムレツキー・デ・コル氏の機械的、光学的、物理的研究」は、とりわけ、カンデラブラで飾られ、カーペットで覆われた階段を上る訪問者がまだ遠くから見ることができるという事実で有名になりました 階段の上の踊り場は、人間の自然な成長で作られた金色の天使の姿であり、吊り下げられたり支えられたりすることなく、オフィスのドアの上の水平位置に浮かんでいます。 誰もがその姿には何の支持もなかったと確信することができた。 訪問者がプラットホームに入ると、天使は手を上げ、フレンチホーンを口に持ってきて演奏し、最も自然な方法で指を動かしました。 ガムレツキーは10年間、天使を空中に保つために、磁石と鉄の先端と重さを見つけるために働いたと言いました。 仕事に加えて、私もこの奇跡にたくさんのお金を費やしました。」

中世では、木で作られたいわゆる「従順な魚」は非常に一般的な幻想の数でした。 彼らはプールで泳ぎ、魔術師の手のわずかな波に従い、あらゆる方向に動きました。 トリックの秘訣は非常に単純でした。魔術師の袖に磁石が隠され、魚の頭に鉄片が挿入されました。
イギリス人のジョナスの操作は、時間内に私たちに近づきました。 彼の署名番号：ジョナスは、何人かの観客が時計をテーブルに置いた後、時計に触れずに、手の位置を任意に変更することを提案しました。
このようなアイデアの最新の実施形態は、電気技師によく知られている電磁クラッチであり、これを利用して、壁などの障害物によってエンジンから分離されたデバイスを回転させることができる。

19世紀半ばには、根を足したり引いたりするだけでなく、掛けたり、分けたり、抜いたりすることができる学んだ象についての噂が広まりました。 これは次のように行われました。 たとえば、トレーナーは象に「家族は8人になりますか？」と尋ねました。 象の前に数字の入った板がありました。 質問の後、象はポインターを取り、自信を持って番号56を示しました。同様に、四角い根の分割と抽出が行われました。 トリックは非常に簡単でした。小さな電磁石がボードの各番号の下に隠されていました。 象に質問をすると、磁石の巻線に電流が流れ、正解を示します。 象の胴体にある鉄のポインター自体が正しい数に引き付けられました。 回答は自動的に受信されました。 この訓練の単純さにもかかわらず、トリックの秘密は長い間解決することができず、「学んだ象」は大成功を収めました。

電流の2つの平行な導体に接続すると、接続された電流の方向（極性）に応じて、それらは引き付けられたり反発したりします。 これは、これらの導体の周りに特殊な種類の物質が出現するためです。 この問題は磁場（MF）と呼ばれます。 磁力は、導体が互いに作用する力です。

磁気の理論は、古代、アジアの古代文明に端を発しています。 マグネシアでは、山の中で特別な品種が見つかり、その断片が互いに引き付け合うことができました。 場所の名前によると、この品種は「磁石」と呼ばれていました。 棒磁石には2つの極があります。 その磁気特性は、極で特に強く観察されます。

ひもにぶら下がっている磁石は、その極で地平線の側面を示します。 その極は南北に曲がります。 コンパスデバイスはこの原理で動作します。 2つの磁石の反対の極が引き付けられ、同様の極が反発します。

科学者たちは、電流が導体を通過すると、導体の近くの磁化された矢印がたわむことを発見しました。 これは、その周りにMPが形成されていることを示しています。

磁場は以下に影響します：

移動する電荷。
強磁性体と呼ばれる物質：鉄、鋳鉄、それらの合金。

永久磁石は、帯電した粒子（電子）の共通の磁気モーメントを持つ物体です。

1-磁石の南極
2-磁石の北極
3-金属ファイリングの例に関するMP
4-磁場の方向

永久磁石が鉄粉の層が注がれている紙のシートに近づくと、力の線が現れます。 この図は、方向付けられた力線を持つ極の位置を明確に示しています。

磁場の源

• 時変電界。
• 移動可能な料金。
• 永久磁石。

子供の頃から、永久磁石を知っていました。 さまざまな金属部品を引き付けるおもちゃとして使用されました。 それらは冷蔵庫に取り付けられ、さまざまなおもちゃに埋め込まれていました。

動いている電荷は、ほとんどの場合、永久磁石よりも多くの磁気エネルギーを持っています。

プロパティ

• 磁場の主な特徴と特性は相対性です。 帯電した物体を特定の基準枠内で動かないままにし、その隣に磁気針を置くと、それは北を指し、同時に、地球の磁場を除いて、無関係な磁場を「感じる」ことはありません。 そして、充電された体が矢印の近くで動き始めると、MPが体の周りに現れます。 その結果、ある電荷が移動したときにのみMFが形成されることが明らかになります。
• 磁場は電流に影響を及ぼし、影響を与える可能性があります。 帯電した電子の動きを監視することで検出できます。 磁場では、電荷を持つ粒子がたわみ、電流が流れる導体が移動します。 電流供給が接続されたフレームが回転し始め、磁化された材料が特定の距離を移動します。 コンパスの針はほとんどの場合青色です。 それは磁化された鋼のストリップです。 地球にはMPがあるため、コンパスは常に北を向いています。 地球全体は、その極を持つ大きな磁石のようなものです。

磁場は人間の臓器では認識されず、特別なデバイスとセンサーでのみ記録できます。 可変型と永続型にすることができます。 交流フィールドは通常、交流で動作する特別なインダクタによって作成されます。 一定の電界は、一定の電界によって形成されます。

ルール

さまざまな導体の磁場を描くための基本的なルールを検討してください。

ギムレットルール

力の線は、各点で力が線に対して接線方向に向けられるように、現在の移動経路に対して900の角度で配置された平面に描画されます。

磁力の方向を決定するには、右側のジンバルのルールを覚えておく必要があります。

ドリルは現在のベクトルと同じ軸に沿って配置する必要があり、ドリルがその方向の方向に移動するようにハンドルを回転させる必要があります。 この場合、線の方向はジンバルハンドルを回転させることによって決定されます。

リングジンバルルール

リングの形で作られた導体内のジンバルの並進運動は、誘導がどのように方向付けられているかを示し、回転は電流の流れと一致します。

力の線は磁石の内部で継続しており、開くことはできません。

異なるソースの磁場が加算されます。 そうすることで、彼らは共通のフィールドを作成します。

同じ極の磁石は反発し、異なる極の磁石は引き付けます。 相互作用の強さの値は、それらの間の距離に依存します。 極が近づくと、力が増加します。

磁場パラメータ

• スレッドの連結（ Ψ ).
• 磁気誘導のベクトル（ に).
• 磁束（ F).

磁場の強さは、力Fに依存する磁気誘導ベクトルのサイズによって計算され、長さを有する導体を通る電流Iによって形成されます。 l：B \u003d F /（I * l）.

磁気誘導は、磁気の現象を研究し、その計算方法に従事した科学者に敬意を表して、テスラ（T）で測定されます。 1 Tは、力による磁束誘導に等しい 1 N 長々と 1メートル 斜めの真っ直ぐな導体 90 0 1アンペアの電流で、フィールドの方向に：

1 T \u003d 1 x H /（A x m）。

左側のルール

ルールは、磁気誘導ベクトルの方向を見つけます。

磁力線が90°で北極から手のひらに入るように左手の手のひらをフィールドに置き、4本の指を電流の流れに沿って置くと、親指は磁力の方向を示します。

導体が異なる角度にある場合、力は電流と導体の平面への直角の投影に直接依存します。

力は導体材料の種類とその断面に依存しません。 導体がなく、電荷が別の媒体で移動する場合、力は変化しません。

磁場ベクトルの方向が同じ大きさの一方向である場合、その磁場は均一と呼ばれます。 さまざまな環境が誘導ベクトルのサイズに影響を与えます。

磁束

ある領域Sを通過し、この領域に限定される磁気誘導が磁束です。

その領域が誘導線に対して特定の角度αで傾斜している場合、磁束はこの角度の余弦のサイズだけ減少します。 その最大値は、領域が磁気誘導に対して直角であるときに形成されます。

F \u003d B * S。

磁束は、次のような単位で測定されます。 「ウェーバー」、これは値によって誘導の流れに等しい 1 T 地域別 1 m 2.

フラックスリンケージ

この概念は、磁極間に配置された特定の数の導体から作成される磁束の合計値を作成するために使用されます。

同じ電流の場合 私 巻数nで巻線を流れる場合、すべての巻数によって形成される総磁束は磁束結合です。

フラックスリンケージ Ψ ウェーバーで測定され、以下に等しい： Ψ\u003d n *Ф.

磁気特性

透過性は、特定の媒体の磁場が真空中の磁場の誘導よりもどれだけ低いか高いかを決定します。 物質がそれ自身の磁場を形成する場合、その物質は磁化されたと呼ばれます。 物質が磁場に置かれると、それは磁化されます。

科学者たちは、体が磁気特性を得る理由を特定しました。 科学者の仮説によれば、物質の内部には微視的な大きさの電流があります。 電子には、量子的な性質を持つ独自の磁気モーメントがあり、原子の特定の軌道に沿って移動します。 磁気特性を決定するのはこれらの小さな電流です。

電流がランダムに移動する場合、それらによって引き起こされる磁場は自己補償します。 外部磁場によって電流が秩序化されるため、磁場が形成されます。 これが物質の磁化です。

磁場との相互作用の性質により、様々な物質を分類することができます。

それらはグループに分けられます：

常磁性 -外部磁場の方向に磁化する性質を持ち、磁化の可能性が低い物質。 それらは正の電界強度を持っています。 これらの物質には、塩化第二鉄、マンガン、白金などが含まれます。
フェリマグネ -方向と値が不均衡な磁気モーメントを持つ物質。 それらは、補償されていない反強磁性の存在によって特徴付けられます。 磁場の強さと温度は、それらの磁気感受性（さまざまな酸化物）に影響を与えます。
フェロマグネ -張力と温度に応じて、正の感受性が増加した物質（コバルト、ニッケルなどの結晶）。
ダイアマグネティックス -外部磁場の反対方向に磁化する特性、つまり、強度に関係なく、磁気感受性の負の値を持ちます。 磁場がない場合、この物質は磁気特性を持ちません。 そのような物質には、銀、ビスマス、窒素、亜鉛、水素および他の物質が含まれます。
反強磁性体 -バランスの取れた磁気モーメントを持ち、その結果、物質の低度の磁化が形成されます。 加熱されると、それらは物質の相転移を起こし、そこで常磁性が生じます。 温度が特定の限界を下回ると、そのような特性（クロム、マンガン）は現れません。

考慮される磁石は、さらに2つのカテゴリに分類されます。

軟磁性材料 ..。 それらは低い強制力を持っています。 低電力の磁場では、それらは飽和する可能性があります。 磁化反転の過程で、それらはわずかな損失しかありません。 その結果、そのような材料は、交流電圧（、発電機、）で動作する電気機器のコアの製造に使用されます。
磁気的に硬い 材料。 それらは増加した強制力を持っています。 それらを再磁化するには、強い磁場が必要です。 このような材料は、永久磁石の製造に使用されます。

さまざまな物質の磁気特性は、技術プロジェクトや発明で使用されています。

磁気回路

いくつかの磁性物質の組み合わせは、磁気回路と呼ばれます。 それらは類似点であり、同様の数学の法則によって定義されています。

電気機器、インダクタンスは、磁気回路に基づいて動作します。 機能している電磁石では、流れは強磁性材料と強磁性ではない空気でできた磁気回路を通って流れます。 これらのコンポーネントの組み合わせは、磁気回路です。 多くの電気機器は、その設計に磁気回路を含んでいます。

永久磁石または電流のある導体の近くの局所空間に、力線の形で、またはより身近な組み合わせで、磁力線の形で現れる磁場があることを除いて、磁場の力線について私たちは何を知っていますか？

鉄のやすりを使用して磁力線の視覚的な画像を取得するための非常に便利な方法があります。 これを行うには、紙または段ボールに鉄のやすりをいくつか置き、磁極の1つを下から持ってきます。 のこぎりは磁化され、マイクロマグネットのチェーンの形で磁場の力の線に沿って配置されます。 古典的な物理学では、磁力線は磁場の線として定義され、接線は各点でその点での磁場の方向を示します。

磁力線の位置が異なるいくつかの図の例を使用して、通電導体と永久磁石の周囲の磁場の性質を検討します。

図1は、電流が流れる円形ループの磁力線の図を示し、図2は、電流が流れる直線の周りの磁力線の図を示しています。 図2では、のこぎりの代わりに小さな磁気矢印が使用されています。 この図は、電流の方向が変わると、磁力線の方向も変わる様子を示しています。 電流の方向と磁力線の方向の関係は、通常、「ジンバルルール」を使用して決定されます。ジンバルが電流の方向にねじ込まれている場合、ハンドルの回転は磁力線の方向を示します。

図3にストリップマグネットの磁力線の写真を示し、図4に電流のある長いソレノイドの磁力線の写真を示します。 注目すべきは、両方の図（図3と図4）の磁力線の外部配置の類似性です。 ストリップマグネットの場合と同じように、電流が流れるソレノイドの一端から他端までの力線が伸びます。 電流が流れるソレノイドの外側の磁力線の形状は、ストリップ磁石の線の形状と同じです。 電流のあるソレノイドには、N極とS極、およびニュートラルゾーンもあります。 電流のある2つのソレノイド、またはソレノイドと磁石は、2つの磁石のように相互作用します。

永久磁石、電流のある真っ直ぐな導体、または鉄のやすりを使った電流のある回転の磁場の写真を見ると、何がわかりますか？ のこぎりの場所の写真が示すように、磁力線の主な特徴は、それらの分離です。 磁力線のもう1つの特徴は、その方向性です。 磁場の任意の点に配置された小さな磁気矢印とその北極は、磁力線の方向を示します。 明確にするために、磁力線がストリップ磁石の北の磁極から出て、その南の極に入ると仮定することに同意しました。 磁石または通電導体の近くの局所的な磁気空間は、連続的な弾性媒体です。 この媒体の弾性は、たとえば、同じ名前の永久磁石の極の反発など、多くの実験によって確認されています。

以前、電流が流れる磁石または導体の周囲の磁場は、干渉波が形成される磁気特性を備えた連続弾性媒体であると仮定しました。 これらの波のいくつかは閉じています。 磁力線の干渉パターンが形成されるのはこの連続的な弾性媒体であり、それは鉄のやすりくずを使用することで現れます。 連続媒体は、物質の微細構造内のソースからの放射によって作成されます。

2点の振動板が水に当たる物理教科書の波動干渉実験を思い出してみましょう。 この実験は、2つの波の異なる角度での相互交差がそれらのさらなる動きに影響を与えないことを示しています。 言い換えれば、波はそれらのそれぞれの伝播にさらに影響を与えることなく互いに通過します。 光（電磁波）波の場合、同じパターンが有効です。

2つの波が交差する空間の領域（図5）で何が起こりますか？ 2つの波の経路上にある媒体の各粒子は、これらの波の振動に同時に関与します。 その動きは、2つの波の振動の合計です。 これらの振動は、2つ以上の波の重ね合わせの結果として、最大値と最小値を持つ干渉波のパターンを表します。 これらの波が通過する媒体の各ポイントでの振動の追加。 干渉の現象は、媒体を伝播する波と電磁波の両方で観察されることが実験によって確立されています。つまり、干渉は波の特性のみであり、媒体の特性やその存在に依存しません。 振動がコヒーレント（一致）である場合、つまり波の干渉が発生することを覚えておく必要があります。 振動は、時間の経過とともに一定の位相差と同じ周波数を持っている必要があります。

鉄粉の場合、磁力線は干渉波の最大値に位置する鋸屑の量が最も多い線であり、鋸塵の量が少ない線は干渉波の最大値（最小値）の間にあります。

上記の仮説に基づいて、以下の結論を導き出すことができます。

1.磁場は、磁石の微細構造または個々の微小電磁波の導体内のソースによる放射の結果として、永久磁石または導体の近くに電流が発生する媒体です。

2.これらの微小電磁波は、磁場のすべての点で相互作用し、磁力線の形で干渉パターンを形成します。

3.微小電磁波は、互いに引き付け合い、弾性のある閉じた線を形成することができるマイクロポールを備えた閉じたマイクロエネルギー渦です。

4.磁場の干渉パターンを形成する微小電磁波を放出する物質の微細構造内の微小源は、同じ発振周波数を持ち、それらの放出は時間の一定の位相差です。

物体の磁化のプロセスはどのように発生し、それはそれらの周りに磁場の形成につながります。 電流を流すと、磁石や導体の微細構造にどのようなプロセスが発生しますか？ これや他の質問に答えるには、原子の構造の特徴のいくつかを覚えておく必要があります。

磁場とは何かを一緒に理解しましょう。 結局のところ、多くの人々は一生この分野に住んでいて、それについて考えさえしません。 それを修正する時が来ました！

磁場

磁場 -特別な問題。 それは、それ自身の磁気モーメント（永久磁石）を持っている動く電荷と体に作用して現れます。

重要：磁場は定常電荷に影響を与えません！ 磁場は、電荷の移動、時変電場、または原子内の電子の磁気モーメントによっても生成されます。 つまり、電流が流れるワイヤーも磁石になります！

独自の磁場を持つ体。

磁石には南北と呼ばれる極があります。 「北」および「南」の指定は、便宜上の目的でのみ与えられています（電気の「プラス」および「マイナス」として）。

磁場はによって表されます 磁力線..。 力の線は連続的で閉じており、それらの方向は常にフィールド力の作用の方向と一致します。 金属の削りくずが永久磁石の周りに散らばっている場合、金属粒子は、北から出て南極に入る磁力線の視覚的な画像を示します。 磁場のグラフィック特性-力の線。

磁場特性

磁場の主な特徴は次のとおりです。 磁気誘導, 磁束 そして 磁気透過性..。 しかし、すべてを順番に話しましょう。

すぐに、すべての測定単位がシステムで指定されていることに注意してください SI.

磁気誘導 B -磁場の主な力特性であるベクトル物理量。 文字で示されます B ..。 磁気誘導の測定単位- テスラ（T).

磁気誘導は、電荷に作用する力を決定することにより、磁場の強さを示します。 この力は呼ばれます ローレンツ軍によって.

ここに q - 充電、 v -磁場中の速度、 B -誘導、 F フィールドがチャージに作用するローレンツ力です。

F -回路の面積による磁気誘導と、誘導ベクトルと流れが通過する回路の平面の法線との間の余弦の積に等しい物理量。 磁束は、磁場のスカラー特性です。

磁束は、単位面積を透過する磁気誘導線の数を特徴づけると言えます。 磁束はで測定されます ウェーバーチ（Wb）.

透磁率 -媒体の磁気特性を決定する係数。 磁場の磁気誘導が依存するパラメータの1つは、磁気透過性です。

私たちの惑星は数十億年の間巨大な磁石でした。 地球の磁場の誘導は、座標によって変化します。 赤道では、10の約3.1×10からテスラの5乗を引いたものに等しくなります。 さらに、磁場の値と方向が隣接する領域と大幅に異なる磁気異常があります。 地球上で最大の磁気異常のいくつかは クルスク そして ブラジルの磁気異常.

地球の磁場の起源はまだ科学者にとって謎です。 フィールドのソースは、地球の液体金属コアであると想定されています。 コアが動いている、つまり溶融鉄ニッケル合金が動いている、そして帯電粒子の動きは磁場を生成する電流です。 問題は、この理論（ geodynamo）フィールドがどのように安定しているかについては説明していません。

地球は巨大な磁気双極子です。 磁極は近接していますが、地理的な極と一致していません。 さらに、地球の磁極が動いています。 それらの変位は1885年以来記録されています。 たとえば、過去100年間で、南半球の磁極は約900キロメートルシフトし、現在は南洋にあります。 北極半球の極は北極海を越えて東シベリア磁気異常に移動しており、その移動速度（2004年のデータによる）は年間約60キロメートルでした。 現在、ポールの動きが加速しています。平均して、速度は年間3kmずつ増加しています。

私たちにとって地球の磁場の重要性は何ですか？ まず第一に、地球の磁場は宇宙線と太陽風から惑星を保護します。 遠方の空間から帯電した粒子は直接地球に落下するのではなく、巨大な磁石によって偏向され、その力の線に沿って移動します。 したがって、すべての生物は有害な放射線から保護されています。

地球の歴史の中で、いくつかありました 反転 （変化）磁極の。 ポール反転 -これは彼らが場所を変えるときです。 この現象が最後に発生したのは約80万年前で、地球の歴史には400回以上の地磁気の逆転がありました。一部の科学者は、磁極の加速が観測されたことを考えると、次の極の逆転は今後数千年で予想されると考えています。

幸いなことに、今世紀には極性の反転は予想されていません。 これは、磁場の基本的な特性と特性を考慮して、地球の古き良き一定の磁場での快適で楽しい生活を考えることができることを意味します。 そして、あなたがこれを行うことができるように、あなたが自信を持って教育努力の一部を任せることができる私たちの著者がいます！ リンクで注文できるその他の種類の作品。

磁場。 フェロゾンデ制御の基本

私たちは地球の磁場に住んでいます。 磁場の現れは、磁気コンパスの針が常に北への方向を示していることです。 永久磁石の極の間に磁気コンパスの針を配置しても、同じ結果が得られます（図34）。

図34-磁石の極の近くの磁気針の向き

通常、磁石の極の1つ（南）は文字で示されます S、他の-（北）-文字で N..。 図34に、磁気針の2つの位置を示します。 各位置で、矢印と磁石の反対の極が引き付けられます。 そのため、コンパス針をその位置から動かすとすぐに方向が変わりました。 1 所定の位置に 2 ..。 磁石に引き付けられ、矢印が回転する理由は磁場です。 矢印が上および右に変位したときの矢印の回転は、空間内のさまざまなポイントでの磁場の方向が変わらないことを示しています。

図35は、磁極の上にある厚い紙に磁性粉末を注いだ実験の結果を示しています。 粉末粒子が線を形成していることがわかります。

磁場に落ちる粉末粒子は磁化されます。 各粒子には北極と南極があります。 近くにある粉末粒子は、磁石の場で回転するだけでなく、互いにくっついて並んでいます。 これらの線は一般に磁力線と呼ばれます。

図35磁極の上にある一枚の紙上の磁性粉末粒子の配置

このような線の近くに磁気針を置くと、矢印が接線方向になっていることがわかります。 数字で 1 , 2 , 3 図35は、対応するポイントでの磁気針の向きを示しています。 極の近くでは、磁性粉末の密度がシート上の他の点よりも大きくなっています。 これは、磁場の大きさがそこで最大値を持つことを意味します。 したがって、各ポイントでの磁場は、磁場とその方向を特徴付ける量の値によって決定されます。 このような量は通常、ベクトルと呼ばれます。

磁石の極の間に鋼片を置きます（図36）。 パーツ内の力線の方向は矢印で示されています。 パーツには磁力線もありますが、空中よりもはるかに多くの磁力線があります。

図36単純な形状の部品の磁化

重要なのは、鋼の部品にはドメインと呼ばれる微小磁石で構成された鉄が含まれているということです。 磁場を細部に適用すると、磁場の方向に向きを変え、何度も増幅し始めるという事実につながります。 磁場が一定であるのに、部品の力線が互いに平行であることがわかります。 同じ密度で引かれた直線の平行な力の線によって特徴付けられる磁場は、均一と呼ばれます。

10.2磁気量

磁場を特徴付ける最も重要な物理的量は、磁気誘導ベクトルであり、これは通常、 に。 物理的な量ごとに、その寸法を示すのが通例です。 したがって、電流の単位はアンペール（A）であり、磁気誘導の単位はテスラ（T）です。 磁化された部品の磁気誘導は通常0.1から2.0Tの範囲です。

均一な磁場に置かれた磁気針が回転します。 軸を中心に回転させる力のモーメントは、磁気誘導に比例します。 磁気誘導は、材料の磁化の程度も特徴づけます。 図34、35に示されている力線は、空気および材料（一部）の磁気誘導の変化を示しています。

磁気誘導は、空間内のすべてのポイントで磁場を決定します。 ある表面（たとえば、部品の断面の平面内）の磁場を特徴づけるために、磁束と呼ばれるもう1つの物理量が使用されます。 Φ.

均一に磁化された部品（図36）を磁気誘導の値で特徴付けます。 に、パーツの断面積は Sの場合、磁束は次の式で決定されます。

磁束の単位はウェーバー（Wb）です。

例を見てみましょう。 部品の磁気誘導は0.2T、断面積は0.01 m2です。 その場合、磁束は0.002Wbです。

長い円筒形の鉄の棒を均一な磁場に置きます。 ロッドの対称軸を力線の方向と一致させます。 その後、ロッドはほぼどこでも均一に磁化されます。 ロッドの磁気誘導は、空気中よりもはるかに大きくなります。 材料の磁気誘導の比率 B m空気中の磁気誘導 で磁気透過性と呼ばれる：

μ\u003d B m / Bc。 （10.2）

透磁率は無次元です。 さまざまなグレードの鋼の場合、透磁率は200〜5000の範囲です。

磁気誘導は材料の特性に依存するため、磁気プロセスの技術計算が複雑になります。 そのため、材料の磁気特性に依存しない補助量が導入されました。 これは磁場強度のベクトルと呼ばれ、 H。 磁場強度の単位はアンペア/メートル（A / m）です。 部品の非破壊磁気試験では、磁場強度は100〜100,000 A / mの範囲で変化します。

磁気誘導間 でおよび磁場強度 H空中には単純な依存関係があります。

Âв\u003dμ0H、（10.3）

どこ μ0\u003d4π10 –7ヘンリー/メートルは磁気定数です。

材料の磁場強度と磁気誘導は、次の比率で関係しています。

B \u003dμμ0H（10.4）

磁場強度 H はベクトルです。 部品の表面にあるこのベクトルの成分を決定するためにフラックスゲート検査が必要な場合。 これらのコンポーネントは、図37を使用して決定できます。ここでは、パーツの表面を平面としています。 xy、軸 zこの平面に垂直。

図1.4では、ベクトルの頂点から H 垂線は平面に下げられます x、y..。 原点からの垂線と平面の交点にベクトルが描かれます H  これは、ベクトルの磁場強度の接線成分と呼ばれます H ..。 ベクトルの頂点から垂線を削除する H 軸上 バツそして y、予測を定義します H xそして H yベクター H。 投影 H 軸ごと z 磁場強度の法線成分と呼ばれる H n ..。 磁気制御では、磁場強度の接線成分と法線成分が最も頻繁に測定されます。

図37磁場強度のベクトルと部品の表面への投影

10.3磁化曲線とヒステリシスループ

外部磁場の強さが徐々に増加する、最初に消磁された強磁性材料の磁気誘導の変化を考えてみましょう。 この依存性を反映したグラフを図38に示し、初期磁化曲線と呼びます。 弱い磁場の領域では、この曲線の傾きは比較的小さく、その後増加し始め、最大値に達します。 磁場強度のさらに高い値では、勾配が減少するため、磁場の増加に伴う磁気誘導の変化は重要ではなくなります-磁気飽和が発生します。これは、値によって特徴付けられます B S..。 図39は、磁気透過性の磁場強度への依存性を示しています。 この依存性は、初期μnと最大μmの磁気透過性という2つの量によって特徴付けられます。 強磁場の領域では、磁場の増加とともに透過性が低下します。 外部磁場がさらに増加し\u200b\u200bても、サンプルの磁化は実質的に変化せず、磁気誘導は外部磁場によってのみ増加します。 .

図38初期磁化曲線

図39透過性の磁場強度への依存性

飽和磁気誘導 B S主に材料の化学組成に依存し、構造および電気鋼の場合は1.6〜2.1Tです。 透磁率は、化学組成だけでなく、熱処理や機械的処理にも依存します。

.

図40制限（1）および部分（2）ヒステ\u200b\u200bリシスループ

強制力の大きさにより、磁性体は軟磁性（H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c > 5,000 A / m）。

軟磁性材料の場合、飽和を得るために必要な磁場は比較的小さくなります。 硬い磁性材料は、磁化および再磁化が困難です。

ほとんどの構造用鋼は軟磁性材料です。 電気鋼および特殊合金の場合、強制力は1〜100 A / mであり、構造鋼の場合、5000 A / m以下です。 永久磁石アタッチメントは、硬質磁性材料を使用しています。

磁化反転中、材料は再び飽和しますが、誘導値の符号は異なります（- B S）負の磁場強度に対応します。 その後、磁場強度が正の値に向かって増加すると、誘導はループの上昇分岐と呼ばれる別の曲線に沿って変化します。 下降と上昇の両方の分岐は、制限磁気ヒステリシスループと呼ばれる閉じた曲線を形成します。 制限ループは対称的な形状をしており、次の値に等しい磁気誘導の最大値に対応します。 B S..。 より小さな限界で磁場強度が対称的に変化すると、誘導は新しいループに沿って変化します。 このループは完全に制限ループの内側にあり、対称部分ループと呼ばれます（図40）。

制限磁気ヒステリシスループのパラメータは、フラックスゲート制御において重要な役割を果たします。 残留誘導力と強制力の値が高い場合、飽和するまで部品材料を予備磁化し、続いて電界源をオフにすることによって制御を実行することが可能です。 部品の磁化は、欠陥を検出するのに十分です。

同時に、ヒステリシスの現象により、磁気状態を制御する必要があります。 消磁がない場合、部品の材料は誘導に対応する状態にある可能性があります- Br。 次に、たとえば次のような正極性の磁場をオンにします。 H c、磁化することを想定していますが、消磁することもできます。

透磁率も重要です。 もっと μ 、部品を磁化するために必要な磁場強度の値が低くなります。 したがって、磁化装置の技術的パラメータは、試験対象物の磁気的パラメータと一致している必要があります。

10.4欠陥の散乱磁場

不良部品の磁場には独自の特性があります。 スロットの狭い磁化鋼リング（部品）を見てみましょう。 このギャップは、パーツの欠陥と見なすことができます。 磁性粉末をまぶした一枚の紙でリングを覆うと、図35のような写真が見られます。一枚の紙はリングの外側にあり、その間、粉末粒子は特定の線に沿って並んでいます。 したがって、磁場の力線は部分的に部品の外側を通過し、欠陥の周りを流れます。 磁場のこの部分は、欠陥の漏れ磁場と呼ばれます。

図41は、磁場の力線に垂直に配置された部品の長い亀裂と、欠陥の近くの力線のパターンを示しています。

図41表面亀裂の周りの力線の流れ

磁場の力線が部品の内側と外側の亀裂の周りを流れていることがわかります。 表面下の欠陥による漂遊磁場の形成は、磁化された部品の断面を示す図42を使用して説明できます。 磁気誘導の力の線は、断面の3つのセクションの1つを指します：欠陥の上、欠陥のゾーン、および欠陥の下。 磁気誘導と断面積の積が磁束を決定します。 これらの領域の総磁束の成分は、次のように指定されます。 Φ1、..、磁束の一部 F 2、セクションの上下に流れます S 2..。 したがって、セクション内の磁束 S 1 そして S 3 欠陥のない部品よりも大きくなります。 磁気誘導についても同じことが言えます。 磁気誘導力線のもう1つの重要な特徴は、欠陥の上下の湾曲です。 その結果、一部の力線が部品から出て、欠陥漏れの磁場が発生します。

3 .

図42地下欠陥の散乱場

定量的には、部品から出てくる磁束から漂遊磁場を推定することができます。これを漂遊磁束と呼びます。 磁束が大きいほど、磁束も大きくなります。 Φ2 セクションで S 2..。 断面積 S 2角度の余弦に比例 , 図42に示されています。\u003d 90°では、この領域はゼロです。 =0° それが最も重要です。

したがって、欠陥を検出するには、部品の制御ゾーンでの磁気誘導の力線が、疑わしい欠陥の平面に垂直である必要があります。

欠陥部品のセクション全体にわたる磁束の分布は、障害物のあるチャネル内の水流の分布と同様です。 完全に水没した障害物のゾーンの波高は、障害物の頂上が水面に近づくほど高くなります。 同様に、パーツの表面下の欠陥は、その発生の深さが浅いほど検出が容易です。

10.5欠陥の検出

欠陥を検出するには、欠陥の散乱場の特性を決定できる装置が必要です。 この磁場は、コンポーネントによって決定できます H x、H y、Hz。

ただし、散乱場は、欠陥だけでなく、金属の構造の不均一性、断面の急激な変化（複雑な形状の部分）、機械加工、衝撃、表面の粗さなどの他の要因によっても発生する可能性があります。したがって、1つの投影の依存性の分析（たとえば、 H z）空間座標から（ バツまたは y）難しい場合があります。

欠陥の近くの漂遊磁場を考慮してください（図43）。 ここに示されているのは、滑らかなエッジを持つ理想化された無限に長い亀裂です。 軸に沿って引き伸ばされます y、図で私たちに向けられています。 数字の1、2、3、4は、左から亀裂に近づくと、磁場強度ベクトルの大きさと方向がどのように変化するかを示しています。

図43欠陥付近の漂遊磁場

磁場は、部品の表面からある程度の距離で測定されます。 測定が行われる軌道は点線で示されています。 亀裂の右側のベクトルの大きさと方向は、同様の方法でプロットできます（または図の対称性を使用します）。 漂遊フィールドの画像の右側に、ベクトルの空間位置の例が示されています。 H とその2つのコンポーネント H x そして H z ..。 射影依存性プロット H xそして H z 座標からの散乱場 バツ 下に示された。

極値HxまたはゼロHzを探すことにより、欠陥を見つけることができるように思われます。 しかし、上記のように、漂遊磁場は、欠陥だけでなく、金属の構造的不均一性、微量の機械的効果などからも形成されます。

図41に示したものと同様の単純な詳細（図44）での漂遊フィールドの形成の簡略化された図と、投影の依存関係のグラフについて考えてみます。 H z、H x 座標から バツ （欠陥はに沿って伸びています y).

依存関係グラフによる H x そして H z から バツ 極値の値が原因で、欠陥を検出することは非常に困難です H x そして H z 欠陥と不均一性については同等です。

欠陥領域で、ある座標の磁場強度の最大変化率（急勾配）が他の最大値よりも大きいことがわかったときに、抜け道が見つかりました。

図44は、グラフの最大勾配が H z（x） ポイント間 x 1そして x 2（つまり、欠陥の領域）は他の場所よりもはるかに多いです。

したがって、デバイスは電界強度の予測を測定するのではなく、その変化の「速度」を測定する必要があります。 パーツの表面上の2つの隣接するポイントでの投影間の差と、これらのポイント間の距離の比率：

(10.5)

どこ H z（x 1）、H z（x 2） -ベクトル投影値 H 軸ごと z ポイントで x 1、x 2 （欠陥の左側と右側）、 G z（x）磁場強度の勾配と呼ぶことは受け入れられています。

依存 G z（x） 図44に示されています。距離 Dx \u003d x 2-x 1ベクトル投影が測定されるポイント間 H 軸ごと z、欠陥散乱場のサイズを考慮して選択されます。

図44からわかるように、これは実際とよく一致しており、欠陥の勾配の値は、部品の金属の不均一性の値よりも大幅に大きくなっています。 これにより、勾配がしきい値を超えたときに欠陥を確実に登録することが可能になります（図44）。

必要なしきい値を選択することにより、制御エラーを最小値に減らすことができます。

図44欠陥の磁場の力線と部品の金属の不均一性。

10.6フラックスゲート法

フラックスゲート法は、磁化された製品の欠陥によって生じる漂遊磁場強度の勾配をフラックスゲート装置で測定し、その測定結果を閾値と比較することに基づいています。

制御された部分の外側には、それを磁化するために作成される特定の磁場があります。 欠陥検出器（勾配計）を使用すると、空間内でゆっくりと変化する磁場強度のかなり大きな成分の背景に対して、欠陥によって引き起こされた信号を確実に分離できます。

フラックスゲート欠陥検出器は、部品の表面の磁場強度の法線成分の勾配成分に応答するトランスデューサーを使用します。 探傷器トランスデューサーには、特殊な軟磁性合金で作られた2本の平行なロッドが含まれています。 検査中、バーは部品の表面に垂直です。 磁場強度の通常の成分に平行。 ロッドには、交流電流が流れる同一の巻線があります。 これらの巻線は直列に接続されています。 交流電流は、ロッド内の磁場強度の交互成分を作成します。 これらのコンポーネントは、サイズと方向が一致しています。 さらに、各ロッドの位置には、コンポーネントの磁場強度の一定のコンポーネントがあります。 数量 Δx式（10.5）に含まれる、は、ロッドの軸間の距離に等しく、トランスデューサーのベースと呼ばれます。 コンバータの出力電圧は、巻線間の交流電圧の差によって決まります。

欠陥のない部品に欠陥検出器トランスデューサーを配置しましょう。ここで、磁場強度の値はポイント単位です x 1; x 2（式（10.5）を参照）は同じです。 これは、磁場強度の勾配がゼロであることを意味します。 次に、磁場の同じ一定および可変成分がトランスデューサーの各ロッドに作用します。 これらのコンポーネントはロッドを均等に再磁化するため、巻線の電圧は互いに等しくなります。 出力信号を決定する電圧差はゼロです。 したがって、勾配がない場合、欠陥検出器トランスデューサは磁場に反応しません。

磁場強度の勾配がゼロでない場合、ロッドは同じ交番磁場になりますが、定数成分は異なります。 各ロッドは、磁気誘導の状態から巻線の交流によって磁化されます- Sで +に Sで 電磁誘導の法則によれば、巻線の両端の電圧は、磁気誘導が変化したときにのみ現れる可能性があります。 したがって、交流の発振周期は、ロッドが飽和状態のときの間隔と巻線の電圧がゼロになる間隔と、飽和状態のないときの間隔に分割できるため、電圧がゼロとは異なります。 両方のロッドが飽和状態まで磁化されていない間隔では、同じ電圧が巻線に現れます。 このとき、出力信号はゼロです。 巻線に電圧がない場合、両方のロッドが同時に飽和した場合にも同じことが起こります。 出力電圧は、一方のコアが飽和状態にあり、もう一方のコアが不飽和状態にあるときに表示されます。

磁場強度の一定成分と可変成分の同時作用により、各コアが別のコアよりも長い時間、ある飽和状態にあるという事実が生じます。 より長い飽和は、磁場強度の一定成分と可変成分の加算に対応し、より短い飽和は減算に対応します。 磁気誘導の値に対応する時間間隔の差+ Sで および- Sで、一定の磁場の強さに依存します。 磁気誘導のある状態を考えてみましょう+ Sで 2つのトランスデューサーロッドで。 ポイントでの磁場強度の値が等しくない x 1そして x 2 ロッドの磁気飽和の間隔の異なる期間が対応します。 磁場強度のこれらの値の差が大きいほど、時間間隔の差が大きくなります。 一方のロッドが飽和し、もう一方のロッドが飽和していない間隔では、コンバーターの出力電圧が表示されます。 この電圧は、磁場強度の勾配に依存します。