2016年12月22日木曜日

磁石の磁界と磁束と磁化


前回の内容は
・磁石の内部ではSからNに磁束は分布する。
・永久磁石の中での磁束密度と磁界の向きは違う。

・磁化、磁界、磁束密度について

1: 強磁性体中では磁界の大きさよりも磁化の大きさのほうが大きい。
⇔ | H | < | M |
2: 磁界H : N → S
    磁化M : S→ N
磁化は磁石の内部に定義される量であり、磁化は磁界と反対方向を向く。
3: 磁束密度は磁界と磁化のベクトル和のμ0倍で与えられる。

この3つより、
磁界ベクトルと磁化ベクトルの和の出力は、SからN を向いたベクトルとなる。
また磁束密度はそのベクトルのμo(>0)倍で定義されるため、磁石内部では磁束密度はSからNであること。大きさは B = μo (H + M) と表される。

(参考)磁界Hの定義
H = (1/μo)B - M

(厳密には強磁性体を入れたコイルに電流をながして、その電流密度の大きさが磁化の大きさに等しくて、電流の密度が作る磁束密度の向きに磁化ベクトルの向きが等しいと言うふうになる。)

・磁荷について

電荷が電界を作るように、磁荷は磁界を作る。
磁荷Qm とすると、磁荷は
 Qm = MS
と定義される。ただしMは磁化、Sは面積を表す。
(電気でいう電荷密度 Q = σS という対応) 
すなわち磁化の大きさ M は磁荷密度でもある。

D - H 対応といわれる関係があります。これは電束と磁界を同じように扱う対応です。電束のように、磁界は磁石の内外に関わらず、必ず、正の磁荷から出て、負の磁荷に入ります。正の磁荷を持つ方(極)がN極、負の磁荷を持つほうがS極なので、磁界はN極からS極
の向きに作られます。


磁化 M は
M ≡ m / v  [A/m]
m : 磁気モーメント
v : 体積
と定義される。磁化はベクトル量であり、向きは磁気モーメントの向きに等しい。(磁石ではS極からN極の向き)

磁石とはすなわち磁化された強磁性体のことである。
磁化は磁性体中で起こり、外部には漏れない。

(一般的には微分で書かれます。( M = dm / dv ))


(参考) 磁気モーメント m
Def : ループコイルの磁気モーメント

面積S 、巻数 N のループコイルに 電流 I を流した時、磁気モーメントm は

| m | ≡ NIS   [A・m^2]
向きはループ電流の向きに右ねじを回して、ねじが進む向きとなります。