工作機械と電気 No. 22 電磁石って何？
わかば：
やっほー、わかばです♪
前回の最後に出てきた「電磁石」。
電気を使って、磁石になったり、磁力の強さを変えたりできるって言ってたよね。
もりお：
そう。
今回は、聞いたことはあるけど、意外と知らない「電磁石」の世界を見ていこう！
わかば：
でもさ、ちょっと引っかかってるんだよね。
前回、磁石って「物」だって言ってなかった？
ほら、鉄とかネオジムとか。
もりお：
いいところに気が付いたね。
前回出てきたネオジム磁石などは、電気を流し続けなくても磁力を持っている。
こういう磁石を「永久磁石」っていうんだ。
わかば：
永久って、ずっと磁石ってこと？
もりお：
そんなイメージでOK。
一方、電磁石は、電気を使って磁力を作るんだ。
わかば：
同じ磁石でも、磁力の作り方が違うってことか。
ちょっと整理すると…
永久磁石は電気を流し続けなくても磁力を持っている。
電磁石は電気で磁力を作る。
これで合ってる？
もりお
バッチリ！
わかば：
でも、電気を流すだけで、どうして磁石ができるの？
もりお：
電線に電流を流すと、そのまわりに磁力が生まれるんだ。
わかば：
えっ！そうなの？
もりお：
そう。
電気と磁石って、実はものすごく深い関係があるんだ。
でも、まっすぐな電線だけでは、磁力はそれほど強くない。
わかば：
じゃあ、どうするの？
もりお：
電線をグルグル巻いて「コイル」にするんだ。
コイルにすると、それぞれの電線のまわりにできる磁力が重なって、強くなる。
わかば：
へっー、おもしろい！
グルグル巻くだけで強くなるんだ！
もりお：
そして、鉄などでできた芯のまわりに電線をグルグル巻いてコイルを作ると、
さらに強い磁力を作ることができるんだ。
この芯を「鉄芯」っていう。
わかば：
鉄芯にコイルを巻いて、そこに電気を流す。
これが電磁石？
もりお：
そう！
電気を使って磁力を作るから「電磁石」なんだ。
わかば：
でも、ちょっと待って。
さっきから「電流を流す」って言ってるけど、電圧は関係ないの？
もりお：
おっ、ちゃんと前に勉強したことを覚えてるね。
もちろん、電圧も関係してるよ。
わかば：
やっぱり！
もりお：
磁力の強さに直接関係するのは、コイルを流れる「電流」なんだ。
でも、その電流を流すためには電圧が必要だよね。
わかば：
そうそう、電圧は、電気を流そうとする力だった！
もりお：
そう。
同じコイルなら、基本的には電圧を高くすると電流が大きくなって、磁力も強くなる。
わかば：
そういえば、グルグル巻かれてる線って銅がよく使われてる気がする。
電気が流れやすい材料だからなんだね。
もりお：
その通り。
銅は電気抵抗が小さくて電流を流しやすいから、
コイルの電線によく使われているんだ。
もちろん、コイルの太さや巻き数なんかも大切だよ。
わかば：
オームの法則が戻ってきたね！
もりお：
その通り。
電圧、電流、抵抗。
前に勉強したことが、少しずつつながってきたね。
ただ、電流が増えると前に勉強した「ジュール熱」も増える。
だから実際の機器では、決められた電圧や電流の範囲で使う必要があるんだ。
わかば：
なるほど。強くしたいからって、電気を流しまくっちゃダメなんだね。
もりお：
そういうこと（笑）
わかば：
そして、電磁石は、電気で磁力の強さを変えられる。
もりお：
それだけじゃない。
電流を流すと磁力が生まれて、電流を止めると磁力は弱くなる。
わかば：
スイッチONで磁力が生まれる！
OFFで弱くなる！
これは永久磁石にはない便利さだね。
電気をON/OFFすれば、磁力もON/OFFできるってことだ。
もりお：
その通り。
例えば、鉄を持ち上げる大きな電磁石のクレーン。
電気をONにして鉄を持ち上げて、運んだらOFFにして離す。
わかば：
見たことある！
ずっとくっついてたら、運んでも離せないもんね（笑）。
もりお：
工作機械の中でも電磁石は大活躍してるよ。
例えば、
・リレー
・電磁接触器
・ソレノイド
などにも、電磁石のしくみが使われているんだ。
わかば：
うわぁ、まだ知らない名前だけど、大活躍だね。
もりお：
大丈夫（笑）。
それぞれについては、これから少しずつ見ていこう。
今は、電気を使って「くっつける」「離す」「動かす」ことができる、くらいでOK。
わかば：
なるほど。
見えない電気から、見えない磁力が生まれて、それが実際の「動き」につながる。
もりお：
そうなんだ。
そして、工作機械の動きの主役、モーターも電気と磁石の関係を利用して回っている。
わかば：
おっ！
いよいよモーター？
もりお：
その前に、もう一つ知っておきたいことがある。
さっきから何度も出てきた「磁力」。
磁石や電流のまわりには、磁力が働く空間があるんだ。
それを「磁界」っていう。
わかば：
磁界？ また見えない世界だけど、なんだか面白そうだね！
もりお：
この「磁界」が分かると、
「電気でどうしてモーターが回るの？」
という謎が、いよいよ見えてくる。
わかば：
よーし！ 次回は磁界だね！
それでは、またね～！
＜もりおのひとこと＞
工作機械の中では、目に見えないところでも電磁石が毎日働いています。
リレーがONになる瞬間も、ソレノイドが動く瞬間も、実は電磁石の仕事です。
次に機械を見るときは、「ここにも電磁石がいるのかな？」と探してみてください。
※このブログは、生成AIを活用して作成しています。
Machine & Electricity No. 22 What is Electromagnet?
Wakaba:
Ciao, it’s Wakaba♪
At the end of our last episode, we talked about “electromagnets.”
You said they can use electricity to create magnetism and even change the strength of the magnetic force.
Morio:
That’s right.
This time, let’s explore the world of electromagnets—something you’ve probably heard of, but may not know much about!
Wakaba:
But there’s something that’s been bugging me.
Last time, didn’t you say that a magnet is an actual object?
You know, made from materials like iron or neodymium.
Morio:
Good catch.
Magnets like the neodymium magnets we talked about last time can maintain their magnetic force without a continuous supply of electricity.
We call these “permanent magnets.”
Wakaba:
Permanent means they stay magnetic all the time?
Morio:
That’s a good way to think about it.
An electromagnet, on the other hand, uses electricity to create magnetic force.
Wakaba:
So they’re both magnets, but they create their magnetic force in different ways.
Let me see if I’ve got this straight…
A permanent magnet maintains its magnetic force without a continuous supply of electricity.
An electromagnet uses electricity to create magnetic force.
Is that right?
Morio:
Exactly!
Wakaba:
But how can simply passing electricity through something create magnet?
Morio:
When electric current flows through a wire, magnetic force is produced around that wire.
Wakaba:
What!? Really?
Morio:
Yep.
Electricity and magnetism are actually very closely connected.
But the magnetic force around a single straight wire isn’t very strong.
Wakaba:
So what do we do?
Morio:
We wind the wire around and around to make a “coil.”
With a coil, the magnetic effects around each part of the wire combine, making the overall magnetic force stronger.
Wakaba:
Wow, that’s interesting!
Just winding the wire into a coil makes it stronger!
Morio:
Right.
And if we wind that wire around a core made of iron or another suitable magnetic material, we can create an even stronger magnetic force.
We call this core an “iron core.”
Wakaba:
So we wind a coil around an iron core and pass electricity through it.
And that makes an electromagnet?
Morio:
Exactly!
It’s called an “electromagnet” because it uses electricity to create magnetic force.
Wakaba:
Wait a second.
You keep saying “electric current.”
Doesn’t voltage have anything to do with it?
Morio:
Hey, you remembered what we learned before!
Of course voltage matters too.
Wakaba:
I knew it!
Morio:
The electric current flowing through the coil is what directly affects the strength of the magnetic force.
But you need voltage to make that current flow, right?
Wakaba:
Oh, right!
Voltage is the force that pushes electricity through a circuit!
Morio:
Exactly.
With the same coil, basically, increasing the voltage increases the current, which makes the magnetic force stronger.
Wakaba:
Come to think of it, the wire wound into coils is often made of copper.
That’s because copper conducts electricity well, right?
Morio:
Exactly.
Copper has low electrical resistance and allows current to flow easily, so it’s commonly used for coil windings.
Of course, things like the thickness of the wire and the number of turns in the coil matter too.
Wakaba:
Ohm’s law is back!
Morio:
That’s right.
Voltage, current, and resistance.
The things we learned before are starting to connect, aren’t they?
But remember, increasing the current also increases the “Joule heating” we learned about earlier.
That’s why real electrical devices must always be used within their specified voltage and current ranges.
Wakaba:
Got it.
So we can’t just keep pumping in more electricity because we want a stronger magnet!
Morio:
Exactly. (laughs)
Wakaba:
And with an electromagnet, we can use electricity to change the strength of the magnetic force.
Morio:
And that’s not all.
When current flows, magnetic force is produced.
When the current stops, the magnetic force becomes much weaker.
Wakaba:
Electricity ON—magnetic force ON!
Electricity OFF—magnetic force gets weaker!
That’s something a permanent magnet can’t do.
So by switching the electricity ON and OFF, we can basically switch the magnetic force ON and OFF too!
Morio:
Exactly.
Think about those big electromagnetic cranes used to lift iron and steel.
Turn the electricity ON, and the magnet picks up the metal.
Move it where you want it, turn the electricity OFF, and it lets go.
Wakaba:
I’ve seen those!
It wouldn’t be very useful if the metal stayed stuck forever. (laughs)
Morio:
Electromagnets are also hard at work inside Machines.
For example, the principle of electromagnetism is used in:
・relays
・electromagnetic contactors
・solenoids
Wakaba:
Wow, I don’t know what those are yet, but electromagnets sure are busy!
Morio:
Don’t worry. (laughs)
We’ll take a closer look at each of them later.
For now, just remember that electricity can be used to make things “attract,” “release,” and “move.”
Wakaba:
I see.
Invisible electricity creates invisible magnetic force…
and that leads to actual, visible “motion.”
Morio:
Exactly.
And the star of motion inside a Machine—the motor—also rotates by using the relationship between electricity and magnetism.
Wakaba:
Oh!
Are we finally getting to motors?
Morio:
Almost.
But there’s one more thing we need to understand first.
We’ve talked a lot about “magnetic force,” right?
Around a magnet or an electric current, there is a region where magnetic force acts.
We call that a “magnetic field.”
Wakaba:
A magnetic field?
Another invisible world… but this is starting to sound pretty interesting!
Morio:
Once you understand magnetic fields,
the mystery of “How does electricity make a motor rotate?”
will finally start to become clear.
Wakaba:
All right!
Next time, it’s magnetic fields!
See you next time～!
<morio’s note=””>
Inside a Machine, electromagnets are working every day—even in places you can’t see.
When a relay switches ON or a solenoid moves, an electromagnet is actually doing the work.
Next time you look at a Machine, try asking yourself,
“Could there be an electromagnet working here too?”</morio’s>
Note:This blog is created with the help of generative AI.
