アルミニウムパイプ

質問

アルミニウムパイプに磁石を落とすと、ゆっくり落ちてきます。
磁石とアルミ自体がくっ付いている訳ではないので、電磁誘導などが絡んでくると思うのですが理由が説明できません。
どなたか説明お願いします。

回答No.3

seven_heaven

おっしゃるとおり電磁誘導が絡んでいます。
ここから後は先のお二人とは違う回答になってしまうのですが、電磁誘導によるパイプ金属内でのうず電流の発生と、それにともなう（うず電流発生による）磁場の発生が原因だと思います。
強力な磁石をお持ちでしたら、アルミパイプではなく、アルミの板でも試してみてください。
○磁石とアルミパイプを近づけると反発する
○磁石とアルミパイプを離そうとすると引きつける
という現象を感じられると思います（磁石同士の場合よりも、もっとぐにゃっとしたような感じです）。これらの現象はどちらの極でも共通です。これも、「磁石をアルミ板と近づける/離す」ことによりアルミ板内に「うず電流」が発生することにより起こる現象です。
※パイプの中では、磁石が落ちながらアルミパイプとの間にこの現象を起こしていると考えてみてください。
これをわかりやすく図解しているページがありましたので、紹介します。
http://www.edu-c.pref.okayama.jp/sien/kyouka/rika/kagaku/rikasougouAB/buturi/a4/

また、この現象を利用して、スチール缶とアルミ缶などの選別をする「うず電流選別機」もあります（参考URL）。

参考URL：

http://www.tdk.co.jp/techmag/ninja/daa00892.htm

回答No.2

maekawadesu

磁界の変化により、アルミニウム内には誘導電流が流れます。アルミニウムには抵抗がありますので、この誘導電流により「熱」が発生します。

つまりＮｏ１さんのおっしゃるとおり、

「位置Ｅ」→「運動Ｅ」　が、

「位置Ｅ」→「運動Ｅ」＋「熱Ｅ」　となるので遅くなります。なお、誘導電流は速くなればなるほど大きくなるので、それに伴って発生する熱も大きくなります。したがって、磁石の速さはある一定の速さ以上は速くなれないと予想されます。

回答No.1

noname#35109

御推測通り，電磁誘導です。
まず実験に使用するパイプですが，アルミニウムに限定する必要はありません。
電流を良く通し，なおかつ，磁石に付く性質かなければＯＫです。

最終的には電磁誘導なのですが，
その前にまず，
「物体の持つエネルギーは相互に転換することができ、その総和は一定である。」
という，『エネルギー保存の法則』が存在することが前提になります。

例えば，１ｍの高さから磁石を落下させたとき，
その磁石の落下前に持っている位置エネルギーは，
落下後，「運動エネルギー」と「空気との摩擦による熱エネルギーなど」に転換されます。
このとき最初の「位置エネルギー」と落下後の「運動エネルギー」と「空気との摩擦による熱エネルギーなど」の大きさを式で書くと

「位置エネルギー」 ＝ 「運動エネルギー」 + 「空気との摩擦による熱エネルギーなど」

となります。これがエネルギー保存の法則です。
また磁石の「運動エネルギー」が大きければ大きいほど，磁石の速さは速いことになります。

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アルミニウムなどの電流を良く通すパイプの中に磁石を落とした場合，パイプの中の磁界が大きく変化します。
このとき，パイプには電流が流れます。
これが電磁誘導による誘導電流です。
http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/jikai5.html
つまりコイルの中に磁石を素早く入れたときと同じ電流が，パイプに生じます。
つまり，
「電流が生じる」→「電気エネルギーが発生する」　と言うことができます。

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磁石を単に落とした場合は，最初に書いたとおり

「位置エネルギー」 ＝ 「運動エネルギー」 + 「空気との摩擦による熱エネルギーなど」
つまり，
「運動エネルギー」 ＝ 「位置エネルギー」 - 「空気との摩擦による熱エネルギーなど」

ですが，磁石を電流を良く通すパイプの中に落とした場合は，

「位置エネルギー」 ＝ 「運動エネルギー」 + 「空気との摩擦による熱エネルギーなど」 ＋ 「電気エネルギー」
つまり
「運動エネルギー」 ＝ 「位置エネルギー」 - 「空気との摩擦による熱エネルギーなど」 - 「電気エネルギー」

となります。
同じ１ｍの高さから落とす場合
最初の磁石の持つ「位置エネルギー」は等しいですが，
落下後の磁石の運動エネルギーを比べると
単に磁石を落下させた場合より，パイプの中に磁石を落下させた方が，
誘導電流による電気エネルギーの分小さくなります。

運動エネルギーが小さくなるということは，速さが遅くなると言うことです。
だから，
単に磁石を落下させた場合より，アルミニウムなど電流を流しやすいパイプの中に磁石を落とした場合の方が，
速さが遅くなります。

※
実際は，速さが遅くなるほうが空気との摩擦も少なくなりしますし，
電流と電圧と時間を掛け合わせたものがエネルギーなのですが，
そこまで説明すると本題の説明からずれてややこしくなるので，上記のように説明しました。

上記の様に詳細は書いていませんが，もっと簡単な説明と，
実験の様子は下記ＵＲＬにあります。

参考URL：

http://www.sist.ac.jp/ms/rika/second/0207/0207.html