(57)【要約】【課題】導線を所望の形に配置させることで磁力線がどのように発生するかを実験し観察することができるとともに、導線に流れる電流の向きを切り替えることで、磁力線がどのように変化するかも実験し観察することができる磁力線観察器を提供する。【解決手段】複数の細長状切り欠きにより構成された舌状部と、複数の孔とが設けられた、透明で密閉された中空板状の観察部と、前記観察部の中空部に封入された粉末磁性体と、前記舌状部に所望の形で巻き回され、又は前記孔に所望の形で挿通される導線と、前記導線に電流を供給する電源部と、前記導線に供給する電流の向きを任意に切り替える転流部と、前記導線に発生した磁力線の向きを確認するための磁石と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の細長状切り欠きにより構成された舌状部と、複数の孔とが設けられた、透明で密閉された中空板状の観察部と、
前記観察部の中空部に封入された粉末磁性体と、
前記舌状部に所望の形で巻き回され、又は前記孔に所望の形で挿通される導線と、
前記導線に電流を供給する電源部と、
前記導線に供給する電流の向きを任意に切り替える転流部と、
前記導線に発生した磁力線の向きを確認するための磁石と、
を備えることを特徴とする磁力線観察器。
【請求項２】
前記転流部が、
前記導線が複数設けられているときに、複数の前記導線に供給する電流の向きをそれぞれ独立して任意に切り替えることができることを特徴とする請求項１に記載の磁力線観察器。
【請求項３】
前記電源部が、
前記粉末磁性体を整列させるための電力を前記導線に供給するためのコンデンサと、
前記コンデンサの一次側に設けられ、前記コンデンサの充電用及び前記導線に前記磁石の向きを変える磁力を発生させる小電流を供給するための電流制限用の一次側抵抗器と、
前記コンデンサの二次側に設けられ、前記導線に前記粉末磁性体を整列させる磁力を発生させる大電流を供給するための電流制限用の二次側抵抗器と、を備え
前記転流部が、
前記導線に電流を供給しない中間オフ位置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁力線観察器。
【請求項４】
前記導線が、
線径０．１〜１．０ｍｍの軟鉄線を複数本撚った芯線と、前記芯線に巻き回された被覆導線とで構成される、可撓性を有する電磁石であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁力線観察器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体を流れる電流により発生する磁力線を観察し、学習するために用いられる磁力線観察器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁力線を観察するものとして、特開平１０−２６９３０号公報に、透明な密封容器と、密封容器内に充填され、磁性体粉末の混入された透明な液体と、密封容器の一面に、磁石を挿出するために、外側から内側に向かって突設され、基端が開放され、先端が閉鎖してなる断面視略長方形状の透明な中空体とを備え、中空体内の先端部に棒磁石を収納可能な立体磁力線観察器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、単純な形状の磁石によって生じる磁力線しか観察することができず、複雑な形状の磁石や導線、又は隣接した磁石や導線において、どのような磁力線が発生するのかを実験し観察することはできないという課題があった。また、磁極の向きも一方向に固定され、磁極の方向の変化により磁力線がどのように変化するかといった実験もすることができなかった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、その課題は、導線を所望の形に配置させることで磁力線がどのように発生するかを実験し観察することができるとともに、導線に流れる電流の向きを切り替えることで、磁力線がどのように変化するかも実験し観察することができる磁力線観察器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁力線観察器は、
複数の細長状切り欠きにより構成された舌状部と、複数の孔とが設けられた、透明で密閉された中空板状の観察部と、
前記観察部の中空部に封入された粉末磁性体と、
前記舌状部に所望の形で巻き回され、又は前記孔に所望の形で挿通される導線と、
前記導線に電流を供給する電源部と、
前記導線に供給する電流の向きを任意に切り替える転流部と、
前記導線に発生した磁力線の向きを確認するための磁石と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の磁力線観察器によれば、舌状部と孔とを備えるため、導線を所望の形に配置させることができ、様々な形態の導線にどのような磁力線が発生するかといったことや、複数の導線を隣接させた状態でそれぞれの導線から発せられる磁力線が互いにどう影響し合うかといったことを容易に観察することができる。また、転流部は、導線に流す電流の向きを切り替えることができるため、電流の向きにより磁力線がどのように変化するのかを実験し観察することができる。さらに、磁石により、前記変化させた磁力線の向きを観察することもできる。
【０００８】
本発明の磁力線観察器の好ましい例は、
前記転流部が、
前記導線が複数設けられているときに、複数の前記導線に供給する電流の向きをそれぞれ独立して任意に切り替えることができることを特徴とする。
【０００９】
本発明の磁力線観察器の好ましい例によれば、複数の導線に供給される電流の向きを、それぞれ独立して任意に切り替えることができるため、隣接した導線に発生する磁力線が、互いに及ぼす影響をより詳細に観察することができる。
【００１０】
本発明の磁力線観察器の好ましい例は、
前記電源部が、
前記粉末磁性体を整列させるための電力を前記導線に供給するためのコンデンサと、
前記コンデンサの一次側に設けられ、前記コンデンサの充電用及び前記導線に前記磁石の向きを変える磁力を発生させる小電流を供給するための電流制限用の一次側抵抗器と、
前記コンデンサの二次側に設けられ、前記導線に前記粉末磁性体を整列させる磁力を発生させる大電流を供給するための電流制限用の二次側抵抗器と、を備え
前記転流部が、
前記導線に電流を供給しない中間オフ位置を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の磁力線観察器の好ましい例によれば、コンデンサと二次側抵抗器とを備えるため、導線に粉末磁性体を整列させるだけの磁力を発生させる大電流を供給するのに、大容量の直流電源を用意する必要がなくなる。また、大電流が流れる時間は、コンデンサの容量と二次側抵抗器の抵抗値によって定まるが、一般的にみて長くとも１秒以内である。そのため、導線の発熱も少なくなり、安全に磁力線を観察することができる。
【００１２】
また、一次側抵抗器を備えるため、コンデンサの充電及び導線に磁石の向きを変えるだけの磁力を発生させる小電流を供給でき、粉末磁性体の整列後に、磁石により磁力線の向きを観察することができる。係る場合も、導線に供給される電流が小電流であるため導線の発熱は少なく、安全に磁力線を観察することができる。また、転流部が中間オフ位置を備えるため、コンデンサの充電又は放電、及び、導線への電流の供給又は遮断を任意に行うことができる。
【００１３】
本発明の磁力線観察器の好ましい例は、
前記導線が、
線径０．１〜１．０ｍｍの軟鉄線を複数本撚った芯線と、前記芯線に巻き回された被覆導線とで構成される、可撓性を有する電磁石であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の磁力線観察器の好ましい例によれば、導線が、可撓性を有する電磁石であるため、電磁石をＵ字形、Ｓ字形等に曲げて、電磁石に発生する磁力線が、曲げられたことによりどのように変化するかを観察することができる。また、複数の電磁石を隣接させて、互いの磁力線が及ぼす作用についても観察することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上、説明したように、本発明の磁力線観察器によれば、導線を所望の形に配置させることで磁力線がどのように発生するかを実験し観察することができるとともに、導線に流れる電流の向きを切り替えることで、磁力線がどのように変化するかも実験し観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁力線観察器の観察部と導線を示す図である。
【図２】観察部の平面図である。
【図３】磁力線観察器の電源部、転流部、及び導線の接続を示す図である。
【図４】可撓性を有する電磁石を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の磁力線観察器の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の好適な一実施形態に係る磁力線観察器の観察部と導線を示す図、図２は観察部の平面図、図３は電源部、転流部、及び導線の接続を示す図、図４は可撓性を有する電磁石を示す図である。
【００１９】
図１〜図３に示すように、本実施形態の磁力線観察器１は、観察部１０と、脚部１５と、導線２０と、磁石としての方位磁石１６と、電源部３０と、転流部４０とを備える。
【００２０】
観察部１０は、複数の細長状切り欠き１１で構成された舌状部１２と、複数の孔１３とが設けられた、透明で密閉された中空の板である。細長状切り欠き１１は、観察部１０の対抗する辺からそれぞれ３本ずつ観察部１０の中程に向かって平行に伸びており、細長状切り欠き１１同士の間に、舌状部１２が構成される。この舌状部１２の長さや本数は、導線２０が舌状部１２に巻き回される形態であれば特に限定されないが、巻き回された導線２０が複数本設けられたときに、それぞれの導線２０から発せられる磁力線の相互作用を観察できるよう、巻き回された導線２０が隣接するように、複数の舌状部１２が細長状切り欠き１１の長手方向及び長手方向に直交する方向の双方に隣接されて構成されることが好ましい。
【００２１】
また、観察部１０には、複数の孔１３が設けられており、該孔１３を導線２０が挿通可能となっている。この孔１３もその数や場所は特に限定されないが、孔１３を挿通させ、観察部１０の上に配置された複数の導線２０の、それぞれから発せられる磁力線の相互作用を観察できるよう、複数の導線２０を隣接して配置されるように構成されることが好ましい。
【００２２】
また、観察部１０の中空空間である中空部には、粉末磁性体１４が封入され、導線２０から発せられる磁力線に沿って粉末磁性体１４が整列し、整列した粉末磁性体１４の形状により磁力線を観察することができる。
【００２３】
導線２０は、上記のように舌状部１２に巻き回され、又は孔１３に挿通されることで、観察部２０の面に這わされたり、面を貫通したりする。この導線２０としては、絶縁被覆され、容易に曲げられかつ曲げられた形状を保持できるものが好ましく、例えば、線径０．８〜１．６ｍｍの単線のビニル絶縁電線等が採用できる。
【００２４】
また、導線２０は、図４に示すように、線径０．１〜１．０ｍｍの軟鉄線を複数本束ねて撚った芯線２２と、前記芯線２２に巻き回された被覆導線２３とで構成される、可撓性を有する電磁石２１とすることもできる。この電磁石２１に使用される被覆導線２３は、塗装被覆により絶縁されたエナメル線等を採用することができる。なお、導線２０を電磁石２１とした場合、磁力線が発生するのは、主に芯線２２の端部であるため、観察部１０に芯線２２がある部分を配置し、被覆導線２３のみを延長して転流部４０に接続することが好ましい。
【００２５】
図１に戻り、脚部１５は、観察部１０の四隅の底面に設けられ、観察部１０を机等の上から浮かせ、導線２０の配置等をしやすくしている。また、観察部１０の上に載置される方位磁石１６は、導線２０から発せられる磁力線の向きを観察するために用いられる。
【００２６】
電源部３０は、図３に示すように、直流電源３１と、ダイオード３２と、一次側抵抗器３３と、コンデンサ３４と、二次側抵抗器３５とを備える。
【００２７】
直流電源３１は、公知の電池、又は商用電源を直流に整流した電源等を採用することができる。ダイオード３２は、コンデンサ３４から放電される電流の逆流を防止する作用を有する。一次側抵抗器３３は、電流制限用の抵抗器であり、コンデンサ３４の充電と、観察部１０に配置される導線２０が、方位磁石１６の磁針を動かすための磁力を発生する程度の小電流、例えば数分の１アンペア〜数アンペア程度の電流が流れる値に設定される。
【００２８】
また、コンデンサ３４は、粉末磁性体１４の整列に必要な電力を供給するために用いられる。そして、二次側抵抗器３５は、電流制限用の抵抗器であり、コンデンサ３４が放電するときに、導線２０が粉末磁性体１４の整列に必要な大電流及び時間を維持するために設けられる。この粉末磁性体１４の整列に必要な大電流は概ね数十アンペアであり、必要な時間は数十ミリ〜数百ミリ秒である。なお、観察部１０に配置される導線２０に電磁石２１を用いる場合、被覆導線２３（エナメル線）の線径に応じた電流を供給するために、一次側抵抗器３３と二次側抵抗器３５は、上記の電流値の数分の１〜１０分の１程度の電流が流れる抵抗値にすることが好ましい。
【００２９】
同じく図３に示すように、転流部４０は、電源部３０の出力側のそれぞれの極に、中間オフ位置付切り替え接点４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを設けることで構成される。そして、転流部４０に、観察部１０に配置される導線２０が接続される。なお、本実施形態では、この中間オフ位置付切り替え接点４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ、及び導線２０を二組、並列に電源部３０に接続しており、それぞれの導線２０へ独立して任意の方向に電流を供給させることができる。
【００３０】
次に、上述した各構成要素の機能を踏まえて、本実施形態の磁力線観察器１の使用方法を説明する。
【００３１】
先ず、図１に示すように、観察部１０の舌状部１２に導線２０を巻き回す、又は孔１３に導線２０を挿通等させ、導線２０を配置する。そして、導線２０の近傍に方位磁石１６を載置させる。
【００３２】
次に、全ての中間オフ位置付切り替え接点４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを中間オフ位置にして、図３に示すように導線２０を接続し、直流電源３１から電流を供給させる。すると、導線２０には電流が供給されず、一次側抵抗器３３により制限された小電流によりコンデンサ３４が充電される。次に、一方の導線２０が接続された中間オフ位置付切り替え接点４１ａ，４１ｂを任意の方向に操作する。すると、一方の導線２０には、コンデンサ３４から放電され二次側抵抗器３５により制限された大電流が数十ミリ〜数百ミリ秒間供給され、一方の導線２０近傍の粉末磁性体１４が整列される。次に、コンデンサ３４に充電された電力が放電され尽くすと、一次側抵抗器３３により制限された小電流が一方の導線２０に供給され、導線２０が磁力線を発生し続け、方位磁石１６の磁針の向きにより該磁力線の向きを観察することができる。また、ここで、中間オフ位置付切り替え接点４１ａ，４１ｂを反対の方向に切り替えることにより、方位磁石１６の磁針の向きが変わり、磁力線の向きが変わることが観察できる。
【００３３】
次に、全ての中間オフ位置付切り替え接点４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを中間オフ位置にして、再度コンデンサ３４を充電させる。そして、他方の導線２０に接続された中間オフ位置付切り替え接点４１ｃ，４１ｄを任意の方向に操作し、上記の操作を繰り返す。このようにして、導線２０の近傍の粉末磁性体１４を整列させるとともに、方位磁石１６により磁力線の向きを観察することができる。
【００３４】
さらに、全ての中間オフ位置付切り替え接点４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを同時に操作できるような構成とすること、又は全ての導線２０に小電流を同時に供給することで、隣接した導線２０が発生する磁力線が互いに及ぼす影響を観察することもできる。また、導線２０を、可撓性を有する電磁石２１とすることで、電磁石２１を直線状、Ｕ字状、Ｓ字状と様々な形状に曲げ、それぞれの形状の電磁石２１に発生する磁力線を観察することができる。また、前記様々な形状に曲げた電磁石２１同士を隣接させ、互いの磁力線が及ぼす影響を観察することもできる。
【００３５】
以上、説明したように、本発明の磁力線観察器によれば、導線を観察部の舌状部に巻き回す、又は孔に挿通させることで、所望の形状に導線を配置することが可能になり、導線が発生する磁力線を容易に観察することができる。また、複数の導線を隣接して配置することができるため、隣接する導線から発せられる磁力線が互いに及ぼす作用を観察することができる。また、転流部により、導線に供給する電流の向きを任意に切り替えることができるため、電流の向きにより磁力線の向きがどう変化するかも観察することができる。
【００３６】
また、可撓性を有する電磁石を導線として用いることができるため、電磁石を自由な形状に曲げ、この曲げた状態での磁力線を観察することができる。また、一次側抵抗器と、二次側抵抗器と、コンデンサと、中間オフ位置付切り替え接点とを備えるため、導線の発熱を抑制することができるとともに、粉末磁性体の整列に必要な大電流を導線に容易に供給することができ、さらに、粉末磁性体を整列させた後は、方位磁石の磁針の向きを変えるだけの小電流を導線に供給することができる。
【００３７】
なお、上述した実施形態は、本発明に係る磁力線観察器の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を適宜変更できる。例えば、細長状切り欠きを上面視で波形等にすることで、導線を前記波形の谷部に配置させることができ、舌状部に巻き回される導線により構成されるコイルのピッチを一定のものとすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・磁力線観察器、１０・・観察部、１１・・細長状切り欠き、１２・・舌状部、１３・・孔、１４・・粉末磁性体、１５・・脚部、１６・・方位磁石、
２０・・導線、２１・・電磁石、２２・・芯線、２３・・被覆導線、
３０・・電源部、３１・・直流電源、３２・・ダイオード、３３・・一次側抵抗器、３４・・コンデンサ、３５・・二次側抵抗器、
４０・・転流部、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ・・中間オフ位置付切り替え接点、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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