勾配に巻いたコイルの磁力について

質問

・円筒のもの（ボールペンの芯）に勾配を付けてコイルを巻いたもの（図左）と
・一定で巻いたもの（図右）

があります。

この円筒の中に針金（Fe）を入れてコイルに電流を流したところ、
コイルを勾配を付けて巻いた方の針金は動き、
一定に巻いた方の針金は動きませんでした。

しかしこのコイルに永久磁石を取り付けコイルに電流を流すと、どちらの針金も動きました。

なぜ勾配の方は永久磁石の使用に関わらず力が発生して、
一定に巻いたコイルの方は永久磁石を使用しないと力が発生しないのでしょうか？

また一定に巻いたコイル（右図）に電流を流している状態で方位磁石を近づけたら針が振れました。振れたのに力は発生しないものなのですか？

それかものすごく微小な力が発生しているのでしょうか？

磁場勾配というF=-B(dB/dz)ものがあるということは分かりました。

よろししくお願いします。

コイルの巻き数、コイルの大きさ、導線の太さはどちらも同じです。

回答No.2

delli7 · ベストアンサー

質問の内容があいまいで、どう答えて良いのか皆さん困っているのでは？

１．左のコイルは太くなっている上側は中が空？それとも2重巻き、3重巻きとなって太くなってるの？
１の回答者さんは後者として答えてますね。（写真がそう見える＾＾；）
でも 「コイルの巻き数、コイルの大きさ、導線の太さはどちらも同じです。」とあるので
空なんでしょうね。

２．「この円筒の中に針金（Fe）を入れてコイルに電流を流したところ、
コイルを勾配を付けて巻いた方の針金は動き、一定に巻いた方の針金は動きませんでした。」
どんな長さ（大きさ）の針金をどの位置に入れたらどの方向に動いたの？
それを書かないと、「その位置は磁界が弱いから、、」とか「力がつりあっているから」とか
答えようがないと思う。

補足

回答ありがとうございます。
あいまいですみません。補足いたします。

コイルは10mmに対して針金は20mm程度です。重さは数グラム。
針金の位置：針金の中央をコイルの中央に置いている。もちろん数ミリの誤差はある。
コイルには交流を流しております。５Hz程度。つまり針金は上下に動く。
コイルの形状は右は普通に巻いておりますが、左は磁場勾配ができるように巻いております。
（例えば右は５重巻きしているのに対し、左は上の方から１０重巻き、９重巻き、８、７・・・・２、１重巻きしており平均すると５重巻きしてあり、つまり左右とも巻き数は同じというようなこと）写真は10段階ではなく4段階ですが。

よろしくお願いします。

回答No.1

se223

無限に長いコイルの単位長あたりの磁界はＨ＝ＮＩで計算されます。
この式から見れば、単位長あたり多く巻いていれば強い磁界が発生します。
コイルに厚みのある部分周辺はある範囲で見れば多く巻いてありその辺だけ磁界が強いのではないでしょうか。

補足

質問を端的に言いますと
何故コイルを一定に巻いた方（右図）は永久磁石を使用することで針金が動くことができるようになるのか？
また、どちらとも永久磁石を使用した場合、大きな力が発生するのはどちらの方になるのか？
です。
よろしくお願いします。