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方位磁針

方位磁針

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

方位磁針
磁石の指針が地球磁場に沿って向きを変える性質を利用し、方位を特定するための測定器具
  • 地球自体が巨大な磁石として機能しており、指針のN極は常に磁気的なS極北極付近)を指し示す
  • 電流が流れる導線の周囲に発生する磁界に反応するため、電流の有無や向きを調べる検流計としても利用される
  • 地図上の真北と磁針が指す磁北には「偏角」と呼ばれるズレがあり、日本では西に約7〜10度傾いている

解説

方位磁針が北を指し示すのは、地球内部の外核における流体運動によって生じる「地球磁場」の影響です。この磁場は、導線に電流を流した際に周囲に発生する磁界と同様の性質を持ちます。直線導線に電流を流すと、電流の向きに対して右回りに同心円状の磁界が発生します(右ねじの法則)。方位磁針を導線の上下に配置した場合、磁針の振れる向きは以下のように決定されます。

導線の位置 電流の向き N極の振れる向き
磁針の上 北から南
磁針の上 南から北 西
磁針の下 北から南 西
磁針の下 南から北

この振れ角の大きさは電流の強さ比例するため、回路内の電流の強弱を視覚的に捉えることが可能です。電磁石の実験においては、電流の強さやコイル巻き数といった変数のうち、一つだけを変化させる「対照実験」を行うことで、磁力の強さに与える影響を正確に把握することができます。

コラム

方位磁針による方位の把握は、航海術や測地学において極めて重要です。地球は1時間に15度の速度で自転しているため、経度差から時差を算出できます。例えば、日本(東経135度)が2日3時のとき、経度0度イギリスは9時間遅れの1日18時、東経105度のタイは2時間遅れの2日1時、西経150度のハワイは19時間遅れの1日8時となります。このように、方位磁針で正しく方位を特定し、天体観測や経緯度測定を行うことは、世界各地の時刻を同期させる基礎となりました。

また、実用的な場面では、エナメル線の剥き方一つでモーター回転効率が変わるなど、電流と磁界の相互作用を正しく理解することが、電気機器の設計や実験の成功に直結します。電流計を使用する際は、予想される電流値に合わせて適切な端子(500mA端子など)を選択し、指針の振れを正確に読み取ることが求められます。

小学生のみなさんへ

方位磁針ほういじしんは、いつでも北や南を教えてくれる便利な道具です。なぜ針が動くかというと、地球そのものが大きな磁石じしゃくになっているからです。針のN極は、地球の北の方にある「Sの力」に引き寄せられて、いつも北を指します。

また、方位磁針ほういじしん電気の通り道の近くに置くと、針がピクッと動きます。これは、電気(電流でんりゅう)が流れると、そのまわりに磁石じしゃくと同じような力(磁界じかい)が発生するからです。電気が流れる向きや強さを変えると、針の動き方も変わります。理科の実験では、この性質を使って電気が流れているかを確かめることがあります。

使うときは、まわりに他の磁石じしゃくや鉄の製品がないか気をつけましょう。近くに磁石じしゃくがあると、地球の力ではなく、その磁石じしゃくの力に反応して正しい向きを指さなくなってしまいます。

ルラスタコラム

実は、方位磁針ほういじしんが指す「北」と、地図の本当の「北」は少しだけズレています。これを偏角へんかくといいます。日本では、針は本当の北よりも少し西側を指しているんですよ。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 方位磁針のN極が常に北付近を指し示すのはなぜですか。
地球自体が巨大な磁石として機能しており、北極付近が磁気的なS極となっているため、磁石のN極が引き寄せられるからです。
【応用】 南北に置いた導線の「真上」に方位磁針を置き、電流を南から北へ流したとき、N極はどちらに振れますか。
西に振れます。右ねじの法則により、電流の向きに対して右回りの磁界が発生するため、導線の上側では西向きの磁界が生じます。
【実践】 地図上の真北と方位磁針が指す北(磁北)が一致しない現象を何と呼びますか。また、日本ではどちらにズレていますか。
偏角と呼び、日本では磁北が真北に対して西側に約7〜10度ズレています。

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