今回は令和3年度 理論科目 A問題3を解説します。磁界中に強磁性体を置いたときの磁束の通り方と、中空の強磁性体で内部を守る現象について、空欄（ア）〜（ウ）を埋める問題です。
強磁性体は透磁率が大きく、磁気抵抗が小さいため、磁束が通りやすい材料です。周囲の磁束は強磁性体の材料内部へ導かれます。中空の強磁性体で囲むと磁束の多くが外殻を通って中空部を迂回し、中空部の磁界が弱まります。これを磁気遮へいといいます。
ほぼ同じ問題が 【理論】令和5年度下期A問題3 でも出題されています。出題パターンが固定なので、セットで解けば確実な得点源になります。
令和3年度 理論科目 A問題3：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
電験3種 理論科目 【電磁気（磁気・電磁力）】 令和3年度 A問題3
次の文章は、強磁性体の応用に関する記述である。磁界中に強磁性体を置くと、周囲の磁束は、磁束が（ア）強磁性体の（イ）を通るようになる。このとき、強磁性体を中空にしておくと、中空の部分には外部の磁界の影響がほとんど及ばない。このように、強磁性体でまわりを囲んで、磁界の影響が及ばないようにすることを（ウ）という。
上記の記述中の空白箇所（ア）〜（ウ）に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（ア） （イ） （ウ） (1) 通りにくい 内部 磁気遮へい (2) 通りにくい 外部 磁気遮へい (3) 通りにくい 外部 静電遮へい (4) 通りやすい 内部 磁気遮へい (5) 通りやすい 内部 静電遮へい
出題のポイント：高透磁率材料は磁束の通り道になる
磁気抵抗ℜₘ＝ℓ/(μA)より、透磁率μが大きい強磁性体は磁気抵抗の小さい経路になります。そのため周囲の磁束は、強磁性体の材料内部へ導かれます。強磁性体を中空の外殻にすると、磁束の多くが外殻を通って中空部を迂回するため、中空部の磁界が弱まります。これが磁気遮へいです。
ポイント解説：磁束を外殻へ導いて中空部の磁界を弱める
磁気抵抗はℜm＝ℓ/(μA)です。強磁性体は一般に透磁率μが大きいため、同じ形状なら空気より磁気抵抗が小さくなります。そのため磁束は強磁性体の材料内部へ優先的に導かれます。ここでいう内部は中空部ではありません。
強磁性体を中空の外殻として配置すると、外部磁束の多くが高透磁率の外殻内部を通り、中空部を迂回します。その結果、中空部に及ぶ外部磁界の影響が小さくなります。この方法を磁気遮へいといいます。磁界が必ず完全な零になるわけではなく、効果は透磁率、厚さ、形状、隙間、磁気飽和などに左右されます。
問題の解説：材料内部と中空部を区別して空欄を決める
STEP1 （ア）（イ）を決める
ℜm＝ℓ/(μA)より、透磁率μが大きい強磁性体では磁気抵抗が小さくなります。したがって磁束は強磁性体を通りやすく（ア）、強磁性体の材料内部（イ）へ導かれます。「内部」は中空部ではなく強磁性体そのものの内部です。
STEP2 （ウ）を決める
中空の強磁性体で囲むと、外部磁束の多くが外殻の材料内部を通って中空部を迂回します。そのため中空部へ及ぶ外部磁界の影響が低減されます。これを磁気遮へい（ウ）といいます。実際の中空部の磁界は必ずしも完全な零ではありません。
STEP3 組合せを選ぶ
（ア）は「通りやすい」、（イ）は強磁性体の材料「内部」、（ウ）は「磁気遮へい」です。この三つがすべて一致する組合せは(4)です。
答え：(4)（通りやすい・強磁性体の材料内部・磁気遮へい）
💡 覚え方
強磁性体は透磁率大→磁束が通りやすく内部に集まる。中空で囲むと内部を守る＝磁気遮へい。
⚠️ よくある間違い
「内部」を中空部と読み違えないこと。磁束が通りやすいのは強磁性体の材料内部です。また、磁気遮へいは中空部の磁界を低減する方法で、必ず完全な零にするとは限りません。
まとめ
| 原理 | 高透磁率ほど低磁気抵抗 |
| (ア) | 通りやすい |
| (イ) | 強磁性体の材料内部 |
| (ウ) | 磁気遮へい |
| 中空部 | 外部磁界の影響が低減される |
| 答え | (4) |
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