磁力計とは？

第1章 10分で読めます

シンプルな定義

磁力計（じりょくけい）は、磁場の強さと方向を測定する計測器です。温度計が温度を測定するように、磁力計は磁気を測定するものと考えてください。

磁場は、磁石、電流、そして地球全体を取り囲む目に見えない力です。磁力計は、この目に見えない磁場を可視化し、測定可能にします — 見ることも感じることもできないものを正確な数値に変換します。

磁力計は、空間内の特定の地点における磁場の強さおよび/または方向を測定します。

この言葉は「magneto（磁気に関する）」と「meter（測定器）」の組み合わせから来ています。シンプルですが、その背後にある技術は、古代の羅針盤から地球の磁場の10億分の1の弱さの磁場を検出できる量子力学的センサーまで多岐にわたります。

磁力計が何をするかを理解するには、まず磁場とは何かを知る必要があります。冷蔵庫のマグネットから地球そのものまで、あらゆる磁石はその周囲に目に見えない磁場を作り出しています。この磁場には2つの性質があります：

磁力計の中には、全体の強さだけを測定するものもあります（これをスカラー磁力計と呼びます）。一方、特定の軸に沿った強さと方向の両方を測定するものもあります（これをベクトル磁力計と呼びます）。スマートフォンの磁力計はベクトル型で、3つの直交する軸（X、Y、Z）に沿った磁場を測定します。

棒磁石の周囲の磁力線。磁力線は磁石の外側でN極からS極に向かって流れます。

多くの人が驚くことがあります：あなたのスマートフォンにはすでに磁力計が内蔵されています。すべての現代スマートフォンには、3つの直交方向の磁場を測定する3軸Hall効果センサー（または磁気抵抗センサー）と呼ばれる小さなチップが搭載されています。

ご存知でしたか？

Appleは2009年のiPhone 3GSから磁力計を搭載しました — 元々はコンパスアプリを動かすためだけのものでした。その同じ小さなセンサーで、隠れた金属物体の検出、地球の磁場の測定、さらには電磁干渉の特定まで可能です。

スマートフォンの磁力計がコンパスアプリを機能させています。地球の磁場を検出して北の方角を特定します。しかし、適切なアプリを使えば、同じセンサーが強力な科学計測器になります：

センサー自体は非常に小さく — 米粒ほどの大きさ — ほとんど電力を消費しません。磁場が半導体材料を通過する際に生じる微小な電圧を測定する仕組みです（これがHall効果で、次の章で詳しく解説します）。

一般的なスマートフォンの磁力計は、約1マイクロテスラ（µT）から数千マイクロテスラまでの磁場を検出できます。地球の磁場は場所によって約25〜65 µTなので、スマートフォンのセンサーは地球の磁場を測定するのに十分な範囲を持っています。

参考として、小さな冷蔵庫のマグネットは表面で約5,000 µT（5ミリテスラ）の磁場を生み出し、MRI装置は150万〜300万 µT（1.5〜3テスラ）の磁場を発生させます。スマートフォンでMRIの磁場を直接測定することはできませんが（センサーが飽和してしまいます）、日常的な磁場測定には最適です。

すべての磁力計が同じ仕組みで動作するわけではありません。さまざまな感度範囲や用途に応じて設計されたセンサーのファミリーが存在します。ここでは簡単なプレビューをお見せします（各タイプの詳細は第4章で解説します）：

磁力計は、想像以上に多くの場所で使われています：

これらの応用についてはすべて第6章：応用分野で詳しく解説しています。

次の章に進む前に、頻繁に登場する基本用語をまとめました：

用語	意味
磁場	磁石、電流、または運動する荷電粒子によって生じる目に見えない力の場
テスラ（Tesla / T）	磁場の強さのSI単位。地球の磁場は約50マイクロテスラ（µT）
ガウス（Gauss / G）	CGS単位。1テスラ＝ 10,000ガウス。産業界でよく使用される
スカラー磁力計	磁場の全体の強さのみを測定（方向は測定しない）
ベクトル磁力計	個々の軸（X、Y、Z）に沿った磁場を測定し、強さと方向の両方を取得
強磁性体	強い磁場を生み出し、磁石に強く引き付けられる材料（鉄、鋼、ニッケル、コバルト）
磁気異常	近くの磁性物体や地質学的特徴によって引き起こされる磁場の局所的な変動

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