電磁誘導
カワウソ先生磁石を動かさなければ磁界は変化しないから、誘導電流は流れないよ。「変化」がキーワード。
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- コイルに磁石を近づけたり遠ざけたりしてコイルを貫く磁界(新しいタブで開きます)を変化させると、コイルに電流が流れる。この現象を電磁誘導、流れる電流を誘導電流という。
- 磁石を速く動かすほど、磁石の磁力が強いほど、コイルの巻数が多いほど、誘導電流は大きくなる。磁石を近づけるときと遠ざけるときでは誘導電流の向きが逆になる。
- 磁石とコイルの一方を回転させて誘導電流を連続的に取り出す装置が発電機。発電所の多くはタービンを回して発電機の中のコイルや磁石を回転させ、電気をつくっている。
詳しく
公式
コイルに磁石を近づけたり遠ざけたりして、コイルを貫く磁界を変化させると、コイルに電圧が生じて電流が流れる。この現象を電磁誘導、流れる電流を誘導電流という。
誘導電流は、磁石を速く動かすほど、磁石の磁力が強いほど、コイルの巻数が多いほど大きくなる。磁石を動かさなければ磁界が変化しないので、誘導電流は流れない。
磁石を近づけるときと遠ざけるときでは、コイルを貫く磁界の変化の向きが逆になるため、誘導電流の向きも逆になる。同じ動かし方でも、磁石のN極を近づけるときとS極を近づけるときでは向きが逆になる。
例題
例題1:コイルに棒磁石のN極を上から近づけると、検流計の針が振れて誘導電流が流れたことがわかる。同じN極を今度は遠ざけると、針は逆の向きに動く。
例題2:同じ磁石を2倍の速さでコイルに近づけると、誘導電流は大きくなる。同じ速さのまま、コイルの巻数を2倍にしても、誘導電流は大きくなる。
この仕組みを利用し、磁石とコイルの一方を回転させて誘導電流を連続的に取り出す装置が発電機。発電所の多くは、水や蒸気の力でタービンを回し、発電機の中のコイルや磁石を回転させて電気をつくっている。
なぜそうなるか
コイルを貫く磁界が変化すると、その変化を打ち消そうとする向きに誘導電流が流れる。この性質のため、磁石を近づけるときと遠ざけるときで誘導電流の向きが逆になる。
磁石を速く動かすほど誘導電流が大きいのは、磁界の変化が速いほどコイルに生じる電圧が大きくなるため。巻数を増やすと誘導電流が大きくなるのも、1周ごとに生じる電圧がコイル全体で足し合わされるため。
発電機は、電磁誘導によって回転運動のエネルギーを電気のエネルギーに変える装置。モーター(電流が磁界から力を受けて回転する装置)とは、エネルギーの変換の向きが逆の関係になっている。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/electromagnetic-induction/?from=print#quiz
コイルを貫く磁界が変化すると、コイルに電流が流れる現象を何というか。
- ◯ 静電気
- ◯ 放電
- ◯ 右ねじの法則
- ◯ 電磁誘導
正解:電磁誘導
コイルを貫く磁界(新しいタブで開きます)が変化すると電流が流れる現象を電磁誘導、流れる電流を誘導電流という。誘導電流を大きくする方法として正しいものはどれか。
- ◯ 磁石を遠くに離す
- ◯ コイルの巻数を減らす
- ◯ 磁石を速く動かす
- ◯ 磁石を動かさずに置く
正解:磁石を速く動かす
磁石を速く動かす・強い磁石を使う・巻数を増やすと、誘導電流は大きくなる。磁石をコイルに近づけるときと遠ざけるときで、誘導電流の向きはどうなるか。
- ◯ 2倍の大きさになる
- ◯ 逆になる
- ◯ 流れなくなる
- ◯ 同じになる
正解:逆になる
磁界の変化の向きが逆になるため、近づけるときと遠ざけるときで誘導電流の向きは逆になる。電磁誘導を利用して電気エネルギーをつくり出す装置は何か。
- ◯ 電磁石
- ◯ 発光ダイオード
- ◯ モーター
- ◯ 発電機
正解:発電機
磁石とコイルの一方を回転させ、電磁誘導で電流を連続して取り出す装置が発電機。
単元のポイント
- 電磁誘導 コイルを貫く磁界が変化すると、コイルに電流が流れる現象
- 誘導電流 電磁誘導によって流れる電流
- 誘導電流を大きくする 磁石を速く動かす・強い磁石を使う・コイルの巻数を増やす
- 発電機 電磁誘導を利用して電気エネルギーをつくり出す装置