物を触れられるのは「電磁気力」のおかげって知っていますか?

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今回は、特別な磁気、「電磁気力」について紹介します。

電磁気力というと、少し難しく聞こえるかもしれませんが、私たちの身近でたくさん見ることができる力です。

たとえば、物を動かしたり、触ったりできるのも、電磁気力のためです。

私たちの体や物質は無数の原子からできていて、中心にある原子核の周りを電子が回っています。

私たちが何かを触るとき、マイナスの電荷をもつ電子同士が反発していて、実際には手と物質の間にわずかな距離があるのです。

おもしろいですね。

それでは、以下に電磁気力の仕組みについてもっと見ていきましょう。

電力や磁力からなる電磁気力

電磁気力とは

「電磁気力」は、電力や磁力という2つの言葉からできています。

電荷と磁場の相互作用、または、それらに関連する力のことをいいます。

これは、この物理学の基本的な力「電磁気力」は、宇宙を支配する4つの力(他、重力、強い力、弱い力)の1つです。

電化製品を動かすときはもちろん、ものを触るときにも電磁気力が働いています。

電気と磁力は、ともに異なる性質をもち、

まず電気について説明しましょう。

+と-の電荷が存在することで生まれる「電気」

電気とは、物体の中で電荷が動くときに起こる物理現象です。

電荷にはプラス(+)とマイナス(-)があります。

誕生日パーティーで、風船がいくつも転がっているとします。

風船を手に取り、髪にこすりつけると……どうなるでしょうか?

まず、髪の毛は逆立ち、さらには、風船が壁にくっつくようになります。

これは、静電気と呼ばれるもののよい例です。風船を頭にこすりつける(摩擦)と、目には見えない小さな粒子が髪から風船に移動します。

これらの粒子は電子(-の電荷をもつ)と呼ばれ、こする動作によって、静電気が発生するのです。

風船の表面には-の電子が集まって-の電荷を帯び、一方、電子を奪われた髪は+の電荷を帯び、+と-がお互いにバランスの良い状態に戻ろうとして引き合って髪が逆立つというもの。

このとき、電子の動きは一般に電気と呼ばれます。

この例では、電子が風船の表面に蓄積する様子(帯電)を見ましたが、電子が物質中を着実に流れることを電流と呼びます。

対になるN極とS極をもつ「磁力」

磁力とは

磁気(正しくは磁性)は、いくつかの物体が持つとても興味深い性質で、鉄などの他の金属物体を引き寄せることができます。

これらの物体は磁石と呼ばれ、ニッケルやコバルト、鉄などの天然のもの、またはU磁石や棒磁石などの人工のものがあり、すべてにおいてN極とS極の2つの磁極を持っています。

磁場とは、磁力が作用する空間、つまり磁石(磁性体)が金属を引き寄せることができる空間のことです。

電気も磁気もつながりがありますが、それはどうなっているのでしょうか?

電気と磁気のつながり

電荷が動くと磁場が発生します。

同様に、変化する磁場は電場を作り出すことができます。

それは、一方がリードし、もう一方がフォローする、終わりのないダンスのようなものです。

この電気と磁気の絶え間ない相互作用は、一般に電磁気学として知られています。

鉄の釘にワイヤーを巻きつけ、その両端をバッテリーにつなぐと、実質的に電磁石ができます。

電磁石とは

ワイヤを流れる電流が磁場を作り出し、ただの鉄釘を磁石に変えるのです。

この原理は、モーターや発電機など、現代の多くの電化製品に使われています。

電磁石の応用

ビルに電気を供給する発電所には、電磁気の原理を利用して機械エネルギーを電気エネルギーに変換する巨大な発電機があります。

これらの発電機には磁石とワイヤーのコイルが使われているのです。

風車のようにタービンが回転すると、磁石が動き回り、コイルを通して電気の流れが発生します。

この電気は、送電線を通じて私たちの家庭に送られています。

身の周りにみられる電磁気力

私たちの日常生活には、電磁気の実用的な応用があふれています。

携帯端末で動画を見ることができるのは、電界と磁界が相互作用して発生する電磁波のおかげです。

簡単に言えば、電磁波とは、電界と磁界の形で空間を伝わるエネルギーのことで、電界と磁界は互いに、また波の伝播方向に対して垂直に振動します。

電磁波の振動

これらの波は光速で伝わります。

電磁波が高速で伝わる

電磁波には、さまざまな波長と周波数があり、電磁スペクトルとして知られるものを形成しています。

このスペクトルには、電波、マイクロ波、赤外線、紫外線、X線、ガンマ線が含まれる。

私たちが身の回りの世界を見ることができる可視光線も、このスペクトルの一部です。

電磁波のスペクトル

電磁気の例は、WiFiルーター、電話、ノートパソコン、クレジットカードの帯、トースターのコイル、電子レンジ、寝室の照明など、私たちの身の回りにあふれています。

さて、みなさんは、今挙げたもの以外で、電磁気の日常生活の例を1分間で5つ挙げられますか?

ぜひ考えてみてください。

電磁波の仕組みについては以下の動画で見ることができます。

Electromagnetism Explained in Simple Words
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