電流がつくる磁界
カワウソ先生右ねじの法則は、電流の向きにねじを進めるとき、ねじを回す向きが磁界の向き。フレミングの左手の法則とは逆に、電流が磁界をつくる向きを決める法則だよ。
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- 電流が流れている導線の周りには磁界ができる。まっすぐな導線では、導線を中心とした同心円状の磁界になる。
- 電流の向きと磁界の向きの関係は右ねじの法則で決まる。電流の向きにねじを進めるとき、ねじを回す向きが磁界の向き。
- 導線をコイル状に巻くと磁界が重なって強め合い、棒磁石と同じような磁界ができる。巻数や電流を増やすほど磁界は強くなる。
詳しく
公式
電流が流れている導線の周りには、磁界(磁力がはたらく空間)ができる。磁界の向きは、磁力線の向き(N極からS極へ向かう向き)で表す。
まっすぐな導線に電流を流すと、導線を中心とした同心円状の磁界ができる。電流の向きと磁界の向きの関係は、右ねじの法則で決まる。電流の向きにねじを進めるとき、ねじを回す向きが磁界の向きになる。
導線をコイル状に巻くと、コイルの内側で1本1本の導線がつくる磁界が重なり合って強め合う。コイルがつくる磁界は、1本の棒磁石がつくる磁界と同じような形になる。
例題
例題1:まっすぐな導線を上から見て、電流が手前から奥へ流れているとき、導線の周りの磁界の向きはどちらか。右ねじの法則で、電流の向き(奥へ進むねじ)に合わせてねじを回す向きを考えると、磁界は上から見て時計回りになる。
例題2:コイルの巻数を増やす、または流す電流を大きくすると、コイルの内側の磁界は強くなっていく。コイルの中に鉄の棒(鉄心)を入れると、鉄が磁化されてさらに磁界が強くなる。
この性質を利用したものが電磁石で、電流の向きを変えるとN極とS極が入れ替わり、電流を切ると磁界も消える。モーターや電磁リレーなどに使われている。
なぜそうなるか
磁界の向きが右ねじの法則で決まるのは、電流の周りにできる磁界の向きが、実験でいつも一定の規則に従うことが確かめられているため。
コイルで磁界が強め合うのは、1本の導線がつくる同心円状の磁界が、隣どうしのループで同じ向きに重なり合うから。巻数を増やすほど重なる磁界の数が増え、全体の磁界が強くなる。
フレミングの左手の法則(新しいタブで開きます)(同単元)は、磁界の中を流れる電流が受ける力の向きを決めるもの。このページの右ねじの法則は、逆に電流が磁界をつくる向きを決めるもので、2つの法則は原因と結果が逆の関係にある。
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/magnetic-field-from-current/?from=print#quiz
右ねじの法則で、ねじを進める向きに合わせるのは何の向きか。
- ◯ 力の向き
- ◯ 電流の向き
- ◯ 磁界の向き
- ◯ 導線の太さ
正解:電流の向き
電流の向きにねじを進めるとき、ねじを回す向きが磁界の向きになる。まっすぐな導線に電流を流すと、周りにできる磁界の形はどれか。
- ◯ 導線から放射状に外へ広がる
- ◯ 導線を中心とした同心円状
- ◯ 導線と平行な直線状
- ◯ 磁界はできない
正解:導線を中心とした同心円状
まっすぐな導線のまわりには、導線を中心とした同心円状の磁界ができる。コイルの内側の磁界を強くする方法として正しいものはどれか。
- ◯ コイルを引き伸ばす
- ◯ 巻数を増やす
- ◯ 導線を太くする
- ◯ 流す電流を小さくする
正解:巻数を増やす
巻数を増やす、電流を大きくする、鉄心を入れることで、コイルの磁界は強くなる。電流を流したコイルがつくる磁界の形は、何に近いか。
- ◯ 導線の表面だけの磁界
- ◯ 磁界はできない
- ◯ 点状に集まった磁界
- ◯ 1本の棒磁石がつくる磁界
正解:1本の棒磁石がつくる磁界
コイルの磁界は、1本の棒磁石がつくる磁界と同じような形になる。
単元のポイント
- 磁界 磁力がはたらく空間。磁力線の向きはN極からS極
- 右ねじの法則 電流の向きにねじを進めるとき、ねじを回す向きが磁界の向き
- まっすぐな導線 導線を中心とした同心円状の磁界ができる
- コイル 棒磁石と同じような磁界ができ、巻数や電流を増やすと強くなる