目で見るレンツの法則

一般に、電磁気学における「場」の概念は捉えにくく実感できない。本研究では強い磁場強度を有するネオジウム磁石を金属パイプ内で落下させることで、レンツの法則を実感できる実験キットを試作することを目的としている。磁石がパイプ内を落下する際、磁場の時間的変化がパイプに電場を発生させ、電場が電流を生む。その電流が磁場を発生することで、磁石に対して上向きの力を与える。その結果、重力とほぼ釣り合うこととなり、落下速度は一定かつ極めて遅くなる。落下速度が一定になった場合には、重力mgと電場が作る力Fが釣り合っているので、F=mgが成り立つ。力Fは電場が作る電流Iに比例しており、IはE/ρに比例する。また、Eは磁束Φの変化量に比例し、Φの変化量は落下速度vに比例する。従って、F∝v/ρFはmgに等しく、一定であるから、vはρに比例することとなる。ここで、ρは抵抗率である。金属パイプにネオジウム磁石をセットし、その磁石に記録紙を貼り付け、落下させる。パイプの下にクッションを敷いておき、落下の衝撃を抑える。落下速度は窒素無しの場合に銅<アルミ<真鍮であり、窒素で周りを冷やした場合には落下速度は極めて遅くなる。時聞に対して、落下速度はほぼ一定であり、落下すぐに力が釣り合っていることがわかった。窒素無しの場合に比較を行う。0℃における抵抗率ρはアルミ2.5、銅1.55、真鍮6.3(×10^<-8>Ωm)であるので、定性的には落下速度の違いは抵抗率の違いによって説明される。上述のように、落下速度が一定となり、落下速度は金属の抵抗率によって定性的に説明された。今後はパイプ内表面の温度をモニターすることが重要である。また、温度と抵抗率の関係を調べておき、物理現象をしっかり捉えられるキットへと進化させる。

一般に、電磁気学における「場」の概念は捉えにくく実感できない。本研究では強い磁場強度を有するネオジウム磁石を金属パイプ内で落下させることで、レンツの法則を実感できる実験キットを試作することを目的としている。磁石がパイプ内を落下する際、磁場の時間的変化がパイプに電場を発生させ、電場が電流を生む。その電流が磁場を発生することで、磁石に対して上向きの力を与える。その結果、重力とほぼ釣り合うこととなり、落下速度は一定かつ極めて遅くなる。落下速度が一定になった場合には、重力mgと電場が作る力Fが釣り合っているので、F=mgが成り立つ。力Fは電場が作る電流Iに比例しており、IはE/ρに比例する。また、Eは磁束Φの変化量に比例し、Φの変化量は落下速度vに比例する。従って、F∝v/ρFはmgに等しく、一定であるから、vはρに比例することとなる。ここで、ρは抵抗率である。金属パイプにネオジウム磁石をセットし、その磁石に記録紙を貼り付け、落下させる。パイプの下にクッションを敷いておき、落下の衝撃を抑える。落下速度は窒素無しの場合に銅<アルミ<真鍮であり、窒素で周りを冷やした場合には落下速度は極めて遅くなる。時聞に対して、落下速度はほぼ一定であり、落下すぐに力が釣り合っていることがわかった。窒素無しの場合に比較を行う。0℃における抵抗率ρはアルミ2.5、銅1.55、真鍮6.3(×10^<-8>Ωm)であるので、定性的には落下速度の違いは抵抗率の違いによって説明される。上述のように、落下速度が一定となり、落下速度は金属の抵抗率によって定性的に説明された。今後はパイプ内表面の温度をモニターすることが重要である。また、温度と抵抗率の関係を調べておき、物理現象をしっかり捉えられるキットへと進化させる。