板磁石と電流との力の相互作用の実験

磁石の縁に合わせた幅の電流供給線を磁石の直上に置き、図に示すようにこの電流供給線にまたがるように針金を於く。 レールに電流を流すと針金はアニメに示すような運動をした。 又、板磁石を摩擦を減らして軽く動けるようにステンレスボールを敷き詰めた台の上にのせて針金をレールに固定すると針金の動いた方向と逆の方向に磁石が動いた。

これは電磁気学の教科書に出ている磁界と電流の方向、力の方向関係はフレミングの左手、右手の法則そのものであり、さらに電流と磁極の作用反作用の関係があることを明確に示している。同じ実験を左図に示す様なU字型の磁気回路で行う。U字型磁気回路のギャップに板磁石を貼り付け、U字型磁気回路で板磁石の磁束がU字型の外に漏れないように磁気磁気シールドを施す。この様な磁気回路では磁束はそのほとんどがU字型のギャップの中に存在しその外側に僅かに漏れた磁束が存在する。この様にすることにより調べたい電流線分と磁気回路の力の相互関係の実験が精度高く行える。

  1. 電流供給線に針金を載せ電流を赤い矢印方向に流す。針金は赤い矢印方向に動く。
  2. 次に磁気回路を自由に動ける様にして置き、針金を固定すると、磁気回路が、針金と反対方向に動く。 この時、電流供給線、電源の部分には磁束がほとんど存在せず何の力も受けないと推測される。次の実験を行ってみる。
  3. 磁気回路、針金を観測者に固定して、電流供給レール、電源を自由に動けるようにして置き、電流を流しても、電流供給レール、電源は動かない この事から、発生する力は、電流供給線にまたがる針金と磁気回路のみの関係であることが判る。

まとめると

1:磁気回路、針金を観測者に固定して、電流供給レール、電源を自由に動けるようにして置き、電流を流しても、電流供給レール、電源は動かない
  2:この事から、発生する力は、電流供給線にまたがる針金と磁気回路のみの関係であることが判る。 電流と磁気回路には力の作用反作用の関係が成り立っている事も判る。 調べたい電流線分のみに磁束を作用させ、それ以外の回路部分と分けるのに磁気磁気シールドが有効な方法であることを示す。

針金の代わりに銅板を用い銅版の淵に図に示す様に摺動子を付けて電流を流しても、針金のときと全く同じ運動を起こす。(電流の方向、銅板の動く方向、磁石の動く方向など全て




錯覚の実験

東工大木村氏のリニアモータの実験の追試を行ってみた。この実験は断面がコの字型の レールを二本用意しコの字型の溝に6m/mのステンレスボールを並べ、図のようにレール を並行に並べる。この上に磁石を乗せる磁石運搬台A銅箔部をステンレスボール側にして レールにまたがせ、絶縁面を上にして磁石を乗せる。レールに電流を流すと、電流はレール からステンレスボールを経て、磁石運搬台Aの銅箔を通ってレールに戻る。
今図の様な極性で電流を流すと、木村氏が実験を行ったときと全く同じ結果が得られた。 使用した材料は木村氏を使用したものとほぼ同じ材料を使用した。
磁石は緑色→方向に移動する。 この方向は上に載せた磁石による磁界によって電流が力を受けて移動する方向と同じである。 実際、電流を流すとき磁石を持ち上げて、磁石運搬台から離すと、磁石が動いた方向と同じ方向に磁石運搬台が移動する。 磁石運搬台を固定して運搬台の上の磁石を動けるようにして電流を流すと、磁石は逆の方向に動く。 磁石と運搬台を一体化したときは電流が受ける力の方向に動くのである。 これは奇妙な現象ではないか?私の行った別の実験図では電流と磁石の間には作用反作用の関係があり、 電流の流れている導体と磁石を固定すると移動しない。磁石と導体を一つの系としたとき、 この力は内部応力となり系を移動させる力とはならなかったからである。 (力学の基本則:内力の総和=ゼロ)

木村氏は磁石の直下を流れる電流(電流線分区間AB)に働く力 に引っ張られて磁石は移動しかつ磁界は磁石に力を及ぼさないと主張する。 それでは磁石の直下ではなく磁石の外側に電流を流すようにしたらどうなるか実験を行って見た。 磁石の縁よりも外側では磁界の向きは反対になっている(180度方向)ので電流に働く力に引っ張られて移動するなら、 磁界が逆方向であっても、同じ極性で電流を流しても磁石の移動方向は逆にならなければならない。 そこで磁石の外側に電流が流れる構造の磁石運搬台B(電流線分区間ABが磁石の外側)を使用して、実験を行った見た。 電流の流れる位置を進行方向、逆方向の両方で試して見たが結果は同じで常に磁石運搬台Aを使用したときと同じ方向に移動した。

このことから磁石が移動する力の発生源は二つのレールをまたぐ電流線分(区間ABの電流線分に作用する力でないことは明らかとなった。

磁石運搬台Aはプリント基板を長方形に切り出したもので、銅箔部は全面ベタに残してある。 銅箔部をステンレスボール側、絶縁側に磁石を乗せて使用する。
  磁石運搬台Bはステンレスボールの接触する部分のみに銅箔を残し、磁石の乗る範囲の銅箔は取り去る。 この銅箔部分に絶縁電線をハンダ付け、磁石の外側になるよう配置したものである。 電線を使わないで、銅箔を磁石の範囲を避けたパターンのものでも同じである。

電流ループが受ける力の方向図からの推論

この図から推論すると上下関係は逆であるが区間cde,fghの部分がステンレスボールの電流区間 (磁石運搬台とレールの間)で磁界との相対的位置関係が同じである。この部分の電流に働く力の反作用で磁石を動かす力が発生していると考えられる。 電流線分であるボールの径が僅か6mmなので無意識にこの部分から力が発生していないとの思い込みで見落としていたのではないか?


このことを確認するため、左図の実験を行った。磁石を先ほどの磁石運搬台Aに乗せ、(ただし、電流はこの経路を使って流さない。)幅20mmほどの長方形の銅版で軽く挟み電流を流す。このとき磁石が動ける程度の力で挟む。
  ネオジウム磁石は電流を良く通すので銅版を磁石に固定して電流を流すのではなく直接磁石に流して実験を行った。
_nbsp 実験の結果は左図に示す方向の力が発生しリニアモーターの実験と同じ方向に磁石が移動した。 銅版で磁石を挟み電流を流した瞬間それと分かるほど銅版を押さえる指に磁石が移動するのと反対の方向に力を感じた。明らかに磁石を挟んでいる銅版に磁石移動の反作用の力が働いている。この力は図に示す区間AB、CDに働く力の反作用よるものと考えられる。これを確認するため、銅版の幅を狭くして力が減ずるかしてべて見た。区間AB,CDに働く力はその長さに比例するからである。 区間AB、CDの幅を出来るだけ狭くするため、板の代わりに0.2φの裸銅線で挟んで見た。磁石は全く動かなかった。さらに銅板の幅をかえて実験を行った。 その結果 銅版を狭くすると力は弱くなる。 市販されているネオジウム磁石を使用し今のような構造、摩擦抵抗の状態でどの位までの区間の短さで動くか調べて見たが、私の実験の場合板の幅が2mmでぎりぎり動くかなという感じであった。 このリニアモーターの力の発生源はこれらの実験からステンレスボールの電流区間であると推察された。

実際、磁石とステンレスボールの位置関係をそのままにして、ステンレスボールに同じ極性で電流を流すとステンレスボールが反対方向に飛ばされるのが確認できた。 それにしてもステンレスボールの使用によって磁石の移動の摩擦を極限まで減らすことが出来、更にネオジウム磁石というちょっと前には世の中になかった非常に強力な磁石の出現により可能となった実験である。 更にダメ押し実験としてステンレスボールの部分を真鍮製車輪にして磁石運搬台に固定すると全く動かなくなった。 これはステンレスボールのときは磁石運搬台との間にステンレスボールがブラシ速度を持ち磁石運搬台と一体でなかったから ボールに流れる電流に対する反発で磁石が動いていたが、車輪にして磁石と一体化したため内部応力なってしまい、動かなくなったことを 証明する。

磁束は磁石に固定されていることの実証実験

小林式リニアモーター

小林式では磁石に電流の通路となる銅板を固定せず別々に動けるようにれぞれをステンレスボールに乗せ、磁石の中心直下に電流が流れるよう磁石運搬台にブラシを固定する。






実験の結果

銅板を観測者に固定したとき磁石は ●色矢印方向に動き、 磁石を観測者に固定し銅板をフリーにしたときは●色矢印方向に動いた。方向は互いに逆であり 電流と磁石の間に作用、反作用の関係が成り立っていることを明確に示しており磁束は磁石に固定されている事が確認された。

ホームページトップへ戻る

電磁気学のパラドックス  直感の電磁気学  板磁石と電流との力の相互作用の実験  電磁誘導の法則のイメージ思考

目次

トップへ戻る

トップへ戻る

トップへ戻る

トップへ戻る

トップへ戻る