試験に出ろ 電験3種(その2)

理論(その2) 「電磁石と磁界」



図は強磁性体のヒステリシスループを示す。図中のBr は残留磁気、Hc は 保磁力 の大きさを表す。
一般にBr が大きくてHc の小さい強磁性体は 電磁石 に適し、 Br も大きいがHc が大きい強磁性体は永久磁石に適する。

久々にチェックペン方式の問題が登場しました。空白の部分をマウスでドラッグすると正解の文字が浮き出てくるという、画期的なハイテク技術が用いられているんですが、いやあ、ヒステリシスループですなぁ。 何となく箪笥を思わせるインダクタンスと並んで、何となくヒステリーを彷彿させるヒステリシスは、この業界ではわりと人気があったりします。ふにゃっとして先っちょが尖がったフォルムも、なかなかお洒落だったりしますしね。 ただ、この曲線がいったい何を意味するのか、今ひとつよく分からないところがネックではあるんですが、横方向が磁界の強さで、縦方向が磁束密度でありますか。設問によってはここの部分が空欄になることも考えられるので、何とか覚えておかなければなりませんが、ヨーコ(横)、痔かい?(磁界)」「だって(縦)、ジンサク、密度 (磁束密度) が濃いんだもん!」 ジンサク君とヨーコちゃん、痔になるほどいったい何をやってたのか、非常に気になるところではあるんですが、密度が濃かったんですか。そうですか。 で、続いてはBr とHc です。正解は残留磁気保磁力なんですが、どっちがどっちなのか、分かりにくいですよね。とりあえず横方向はまたヨーコちゃんの力を借りるとして、ヨーコ(横)、鼻ホジ(保磁力)。 柔道の塚田真希ちゃんは鼻をホジホジしているところを全世界に放映されておりましたが、ヨーコちゃんだって負けておりません。 で、一方、縦のほうはというと、だって(縦)、三流、ジキニン(残留磁気)。 いや、ジキニンはとっても一流な薬だと思うんですが、他に適当な語呂合わせを思い付かなかったので、やむを得ません。

 で、この三流のジキニンなんですが、大きければ大きいほど、磁石としての力は強くなります。磁石の気(け)が残りやすいんだから、当然でしょう。 で、一方の鼻ホジはというと、保持力が大きいほど永久磁石に適することになります。すぐに 磁石の気(け)が抜けちゃったら永久でも何でもないですもんね。 持続力はないけど、刺激さえ与えてやればすぐに元気になるタイプのものは電磁石に適することになるんですが、ま、この辺りはよく考えれば、それなりに納得のいくところなのではなかろうかと。



これはいわゆる “フレミングのナントカの法則” という奴ですかね? 堺すすむの “なんでか?フラメンコ” では無くて。 で、この問題を図にすると


となるんですが、この時、2本の電線の間に働く力は


となります。μs とかμ0 というのは真空の透磁率とか比透磁率とか、そういったものでは無いかと思うんですが、今回は真空中での話しなので、問題に出てくる4πなんとかという数字をそのまま使うとして。 で、この公式、分母のほうに2πというのが出てくるので、この時点で約分してやれば、公式をかなり簡略化することが出来ますね。


かなりシンプルになりましたな。電流の関に比例して、距離に反比例。距離の2乗ではないところは押えておかねばなりませんが、あとはまあ常識で分かる範囲かと。 となると、あとは “2” と “10のマイナス7乗” という数字を押えておけばいいんですが、電線マン、(2)ではマイナーセブンイレブン(−7)に出没。 三重県ではまだメジャーではないんですよね、セブンイレブン。 桑名とか四日市にはようやく進出したんですが、もしかして津のあたりはマイナーどころか、まだ1店も無いとか? が、電線マンは出没してしまったんですな。無理やりですが、仕方ありません。 で、この問題の場合、流れる電流はI1 もI2 もへったくれもなくて、I1=I2 であると考えてもよさそうなんですが、同じだからこれを “I” としておくと

ここから、つらつらと “I” を計算していくと、 50 [A] になります。よって正解は(1)です。




…ということだそうです。ついに出ましたな、インダクタンス。 ヒステリシスと並ぶこの業界の人気者なんですが、ただ名前が箪笥っぽいというだけで、中身のほうはさっぱりワケがわからないのがネックではあるんですけど。 どうやらインダクタンスには自己と相互という2つの種類があるらしいんですが、コイル全体に蓄えられるエネルギーは自己インダクタンスと相互インダクタンスを足して、2で割ると。 とりあえず平均を求める感覚なんすかね? で、相互インダクタンスの場合、互いに打ち消される方向であれば足すのではなくて引くことになるんですが、これはまあ、コイルの巻き方が逆の場合は引くと考えればいいんですかね? “昭和のいる・こいる” の漫才に、客、ドン引き。…みたいな。 いや、足す場合もあるので、たまにはウケることもあるんでしょうけど。 で、自己インダクタンスのほうは電流の2乗相互インダクタンスのほうは相互に掛け合わせて2倍と、この辺りがどうも紛らわしいんですが、二条城(2乗)で事故(自己)だじょー。荘厳(相互)な建物にバイ貝(2倍)発生。 いや、大変な事故ですな。 “…にバイ貝” というのはあまりにも無理があるんですが、あとはこの数式に与えられた数値を代入して

正解は(5)。 果たして本当にこんなひねりのない問題が出題されるんですかね? ちなみに僕の経験からすると、こういう脈絡のない数字が5つ並んでいる場合、何となく最大値とか最小値は不正解のような気がしますよね。…というので、いつもヤマ勘で(2)か(3)か(4)を選んでいたんですが、結果、大はずしすることが多かったように思います。(1)か(5)に賭けたほうがいいのではないかと思うんですが、果たしてどんなものでしょう?



これはアレです。 “フレミングのナントカの法則” ってヤツですかね? 上に出てきたのが左手で、今度が右手? とにかくまあ

ということになるそうですが、何故マイナス? 起電力がマイナスでは電力を取られて、頑張って磁束を変化させるだけ無駄なような気もするんですが、とりあえず起電力はコイルの巻数に比例すると。これは何となく分かります。でないと、グルグルと頑張って巻く意味がないですもんね。 で、磁束の変化を時間で割ったものにも比例するようですが、短い時間でたくさん変化させたほうが大きくなると。これも納得のいく話です。ちゃんと労力に見合っただけの報酬が得られていると思います。 で、与えられた数字を代入すると

正解は(2)。マイナスがどこにいったのか、今ひとつ納得はいかないんですが、とにかく(2)。 果たして本当にこんなひねりのない問題が出題されるんですかね? こういう脈絡のない数字が5つ並んでいる場合、(1)か(5)に賭けたほうがいいのではないかと思っていたら、今度は真ん中の数字が出てしまって、僕はちょっぴり動揺しているんですが、やはりヤマ勘だけで正解を出すのはちょっと難しいようですなぁ。。。



今度はちょっとひねってきました。余計なことをすな!…と思わずにはいられませんが、問題を図にすると

となるそうです。 で、相互インダクタンス M [H] は

となるそうです。何だかまるで納得のいかない式ですな。φというのがどうやら磁束のようなんですが、2のほうの巻数と磁束と錯交する割合を掛けて、電流で割るという。 ま、そういうものだと思って、無理に自分を納得させるしかないんですが、この公式に数字を当て嵌めて

よって正解は(5)。 やっぱり(1)(5)が多い?

 とまあそんなことで、今日のところは以上です。


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