利用する電磁誘導方式（2）と基本的に一緒である．この構 成では，図2にあるように磁界（磁束）を取り込むよう に受電コイルを配置することがポイントである．そのた め，例えば，送電と受電のコイルを互いに直交するよう 中学2年理科。今日は「電磁誘導」について学習します。コイルと磁石を使って電流を生み出す仕組みを理解しましょう。また、どの向きに電流が流れるのかをレンツの法則で判断できるように練習します。直流と交流の違いも忘れずに復習しましょう。電磁誘導下の 90 第8章 電磁誘導現象とインダクタンス となります(レンツの法則)。 この起電力V はコイル中に誘導される電界によるものであり、 V = ˛ C E(r,t)•dr (8.3) と書けます。従って、 ˛ C E(r,t)•dr=− d dt ¨ S B(r,t)•dS=− ¨ S ∂B(r,t) ∂t •dS (8.4) を得ます。これをファラデーの電磁誘導の法則と呼ばれます。 電磁誘導によってコイルに流れる電流は、8字の下の輪と上の輪では逆向きになります。 このため、車体の走行とともに超電導磁石からの磁束が近づくと、下の輪は反発力が、上の輪は吸引力が作用して車体を磁気浮上させるのです。
センター2015物理追試第1問 問2「コンデンサーとエネルギー」 112件のビュー センター2018物理第1問 問5「くり抜いた円板の重心」 98件のビュー センター2017物理追試第4問A「加速する電車内での物体の運動」 73件のビュー センター 2015物理基礎追試第3問A「v-tグラフ … コイルの誘導起電力についてですが、画像のようにコイル1、2か鉄心に巻いてある時、Iを流すとコイル2にはI2が流れますがその時aとbのどちらが電位が高いのかがよく分かりません。解説では「コイルを電池に見立てるとbの方が電位が高くな Copyright © 2015-2020 理科が好き！.com All Rights Reserved. 中学2年理科。今日は「電磁誘導」について学習します。コイルと磁石を使って電流を生み出す仕組みを理解しましょう。また、どの向きに電流が流れるのかをレンツの法則で判断できるように練習します。直流と交流の違いも忘れずに復習しましょう。, 下の図のように、導線をグルグルに巻いたコイルに棒磁石を近づけたり遠ざけたりすることで、コイルに電流が流れる現象を電磁誘導といいます。, 詳しい仕組みは高校生になってから学習しますので、ここではそういうものなんだくらいの知識で十分です。, 棒磁石をすばやく動かすことで、コイルのまわりの磁界が急激に変化し、大きな電圧が生じます。この結果大きな電流が流れるのです。強力な磁石に変えたり、コイルの巻き数を増やすことで、変化する磁界自体を強くする方法でも誘導電流は大きくなります。, この3つの方法の中で、テストや入試で一番聞かれるのが、「棒磁石をすばやく動かす」です。なぜかというと、「実験の器具を変えずに、誘導電流を大きくする方法を答えよ」と聞いてくる場合があるからです。この場合は、磁石やコイルをいじることはできず、磁石をすばやく動かすしか方法が無くなります。, [問題]棒磁石のN極を下にして、コイルの上から棒磁石を近づけた。このときコイルに接続している検流計の針が左に振れた。次の場合、検流計の針はどちらに振れるか。, 磁石の極を逆にすれば、検流計の針は逆に振れるし、磁石の動かし方を逆にしても検流計の針は逆に振れます。次のように書き出せばわかりやすいかと思います。, この電磁誘導を応用したものが、発電機です。コイルと磁石があれば、電流をつくりだすことができる装置で、手回し発電機や自転車のライトなどが身近にある発電機ではないでしょうか。, 発電機の内部には、磁石とコイルが入っており、これを回転するように動かすことで、電磁誘導が起こり電流が流れるという仕組みです。運動エネルギーを電気エネルギーに変換している装置だと言えます。, レンツの法則が理解できれば、電磁誘導で誘導電流がどの向きに流れるかがわかるようになります。この法則は、ロシアの物理学者、ハインリヒ・レンツさんが発見した法則なので「レンツの法則」という名前が付けられています。, レンツの法則は、電磁誘導で誘導電流が流れる向きは、磁石の動きをさまたげるように誘導電流が流れるという法則です。わかりにくいので図で説明します。, [問題]下の図の１～４のように棒磁石を動かしたとき、コイルの点部を流れる電流はアとイのどちらか。記号で答えよ。, Examee（イグザミー）は、中学生のための勉強サイトです。普段の勉強の予習・復習から定期テスト・高校受験まで対応しています。学習塾に通わなくても、このサイトだけ①成績を上げる②高校に合格するということをモットーに作成しています。, 「コイルのまわりの（ ア ）が変化することで、コイルに（ イ ）が生じ、（ ウ ）電流が流れる現象を（ エ ）という。」, 電磁誘導で誘導電流が流れる向きは、磁石の動きをさまたげるように誘導電流が流れるという法則. 最近7日間のアクセスTop10. 棒に生じる起電力が関係しているときには，この式が便利なんだ。今は，コイルの辺abが磁場（磁界）に入るまでは，起電力は生じないからコイルに流れる電流は0ね。, 原点より右側は，①から④のように急に電流が流れるか，⑤から⑧のように徐々に電流が大きくなるのかは，分かるかな？, 磁場に垂直な辺だけを考えるんだよ。磁場の向きに磁力線があるんだけど，その磁力線を横切っている部分だけを考えるんだ。だから，横の辺は考えなくていいんだね。, そうだね。ということは，電流は時間によらず一定値ということだよね。つまり，⑤から⑧のグラフではないということだ。, さっきのファラデーの電磁誘導の法則の，「コイルの磁束の変化をさまたげる向きに起電力が生じる」ということから求めてもいいし，コイルの中の自由電子が受けるローレンツ力の向きから求めることができるよ。, 磁場中で荷電粒子が運動している時に受ける力のことだけど，これはまぁ別の所で話をすることにして，もう一つ電流の向きを求める方法があるんだ。, そう右手。左手の法則と同じように，右手の中指，人差し指，親指がそれぞれ直角になるようにするんだ。, それじゃあ，フレミング右手の法則を使ってみると，人差し指が磁場の向きだから，紙面に垂直で裏から表の向きね。親指は運動の向きだから下向きよね。, 誘導起電力の向きが左ということは，回路に書き込むとこんな感じになるということだよ。, a側が正極の電池ということね。ということは，電流はadcbaの向きに流れると考えていいわよね。, コイルが全部磁場に入っても，辺abに生じる誘導起電力はそのままよね。磁場中を導体棒が運動すれば誘導起電力が発生するんだから。, 確かにその通りだ。その通りなんだけど，コイルが全部磁場に入ると，今度は辺dcにも誘導起電力が生じるんだ。, そうか。辺dcも磁場の中で下向きに動いているから，辺abと同じように誘導起電力が生じるのね。, そうだね。辺abにも辺dcにも左向きの誘導起電力が生じるから，打ち消し合って結局電流は流れないんだ。, そういうことだね。別の考え方として，コイルがすべて磁場に入ると「コイルを貫く磁束が変化しないので誘導起電力は生じない」，としてもいいね。, 他の方法を考えるしか無いんだよ。これがセンター試験などのマーク形式の問題のイヤなところだね。選択肢がある問題は選べばいいだけだから簡単な感じもするけど，自分の出した答えが合っているのに選択肢に無い，ということもあるんだよ。, そういう時は，別の方法を考えるしか無いのね。等速だから，速さ＝距離÷時間を使うと思ったけど，使わないとすればどうすればいいの？, そうか，力がつり合っていれば等速直線運動をするんだから，逆に等速直線運動をしていれば，力がつり合っていると考えていいのね。, 必要なのは，コイルが途中まで磁場に入っているときの図ね。それじゃあ，まずは重力ね。, その通り。力の向きはすでに分かっているんだ。でも一応確認しておこうか。電流の向きはこうだったね。, そうだね。この左右方向の力は逆向きで同じ大きさの力だから，つり合っていて今は考えなくていいね。, そして，コイルが一定の速さで落下しているから，鉛直方向の力もつり合っているんだよね。. 高校生だけでなく，物理に興味がある中学生，学び直したい社会人の方にも読んでもらいたいです。. 物理が苦手な文子 グラフを選ぶ問題ね。電池も何もないけど，コイルに電流は流れるの？, 物理が得意な秀樹 まぁ確かに最初からマイナスがついていたり，あまり見かけないという文字が入っていたり，いやな感じではあるよね。一応この式を使っても答えは出せるんだけど，この式から導き出される次の式の方が使いやすいんだ。, 物理が得意な秀樹 棒に生じる起電力が関係しているときには，この式が便利なんだ。今は，コイルの辺abが磁場（磁界）に入るまでは，起電力は生じないからコイルに流れる電流は0ね。, 物理が得意な秀樹 原点より右側は，①から④のように急に電流が流れるか，⑤から⑧のように徐々に電流が大きくなるのかは，分かるかな？, 物理が得意な秀樹 そこは大切だね。次の問４では，その一定の速さを求めることになっているよ。, 物理が得意な秀樹 磁場に垂直な辺だけを考えるんだよ。磁場の向きに磁力線があるんだけど，その磁力線を横切っている部分だけを考えるんだ。だから，横の辺は考えなくていいんだね。, 物理が苦手な文子 なるほど。ということは，辺abだけを考えればよくて，発生する起電力は， となるわね。, 物理が得意な秀樹 そうだね。そうすると，コイル全体の抵抗がだから，流れる電流はどうなるかな？, 物理が得意な秀樹 そうだね。ということは，電流は時間によらず一定値ということだよね。つまり，⑤から⑧のグラフではないということだ。, 物理が苦手な文子 次は，流れる電流の向きが正か負かね。電流の向きはどうやって求めるの？, 物理が得意な秀樹 さっきのファラデーの電磁誘導の法則の，「コイルの磁束の変化をさまたげる向きに起電力が生じる」ということから求めてもいいし，コイルの中の自由電子が受けるローレンツ力の向きから求めることができるよ。, 物理が得意な秀樹 磁場中で荷電粒子が運動している時に受ける力のことだけど，これはまぁ別の所で話をすることにして，もう一つ電流の向きを求める方法があるんだ。, 物理が得意な秀樹 そう右手。左手の法則と同じように，右手の中指，人差し指，親指がそれぞれ直角になるようにするんだ。, 物理が苦手な文子 それじゃあ，フレミング右手の法則を使ってみると，人差し指が磁場の向きだから，紙面に垂直で裏から表の向きね。親指は運動の向きだから下向きよね。, 物理が得意な秀樹 誘導起電力の向きが左ということは，回路に書き込むとこんな感じになるということだよ。, 物理が苦手な文子 a側が正極の電池ということね。ということは，電流はadcbaの向きに流れると考えていいわよね。, 物理が得意な秀樹 abcdaの向きが正だから，電流は負だね。これで，②か④に絞られたね。, 物理が苦手な文子 あとは，時刻で電流が0になるのか，そのまま電流が流れ続けるのか，という２択ね。, 物理が苦手な文子 コイルが全部磁場に入っても，辺abに生じる誘導起電力はそのままよね。磁場中を導体棒が運動すれば誘導起電力が発生するんだから。, 物理が得意な秀樹 確かにその通りだ。その通りなんだけど，コイルが全部磁場に入ると，今度は辺dcにも誘導起電力が生じるんだ。, 物理が苦手な文子 そうか。辺dcも磁場の中で下向きに動いているから，辺abと同じように誘導起電力が生じるのね。, 物理が得意な秀樹 そうだね。辺abにも辺dcにも左向きの誘導起電力が生じるから，打ち消し合って結局電流は流れないんだ。, 物理が苦手な文子 どちらの誘導起電力も，大きさがだから，逆向きで打ち消し合うということね。, 物理が得意な秀樹 そういうことだね。別の考え方として，コイルがすべて磁場に入ると「コイルを貫く磁束が変化しないので誘導起電力は生じない」，としてもいいね。, 物理が苦手な文子 「一定の速さ」を求める問題ね。等速だから，速さ＝距離÷時間よね。つまり，からの間にだけ落下するから，こうね。, 物理が得意な秀樹 他の方法を考えるしか無いんだよ。これがセンター試験などのマーク形式の問題のイヤなところだね。選択肢がある問題は選べばいいだけだから簡単な感じもするけど，自分の出した答えが合っているのに選択肢に無い，ということもあるんだよ。, 物理が苦手な文子 そういう時は，別の方法を考えるしか無いのね。等速だから，速さ＝距離÷時間を使うと思ったけど，使わないとすればどうすればいいの？, 物理が得意な秀樹 「一定の速さ」というキーワードで思い出して欲しいのは，「力のつり合い」なんだ。, 物理が苦手な文子 そうか，力がつり合っていれば等速直線運動をするんだから，逆に等速直線運動をしていれば，力がつり合っていると考えていいのね。, 物理が苦手な文子 必要なのは，コイルが途中まで磁場に入っているときの図ね。それじゃあ，まずは重力ね。, 物理が得意な秀樹 そうだよ。ただフレミング左手の法則では，力の向きしか分からないけどね。, 物理が得意な秀樹 その通り。力の向きはすでに分かっているんだ。でも一応確認しておこうか。電流の向きはこうだったね。, 物理が苦手な文子 ということは，フレミング左手の法則より，電流が磁場から受ける力はこうね。, 物理が得意な秀樹 確かにコイルの辺abが受ける力は鉛直上向きだけど，左右の辺も力を受けるよ。, 物理が得意な秀樹 そうだね。この左右方向の力は逆向きで同じ大きさの力だから，つり合っていて今は考えなくていいね。, 物理が得意な秀樹 長さの導線を流れる電流が磁束密度Bの磁場から受ける力の大きさは，こう表せるんだ。, 物理が得意な秀樹 フレミング左手の法則からもわかるけど，この式の，，はそれぞれ垂直の関係だからね。垂直じゃない場合は，垂直な成分を考えることになるよ。, 物理が苦手な文子 フレミング左手の法則を考えるときの指も，それぞれ垂直な方を指すものね。, 物理が得意な秀樹 そういうことだね。コイルにはたらく左右方向の力を見てみると，左右の辺で，，，がすべて同じだから，はたらく力の大きさも同じなので，力がつり合っているんだね。, 物理が苦手な文子 それじゃあ，あらためてコイルにはたらく力を考えてみると，辺abの長さがだからこんな感じね。, 物理が得意な秀樹 そして，コイルが一定の速さで落下しているから，鉛直方向の力もつり合っているんだよね。, 物理が苦手な文子 求めたいのはその一定の速さだけど，鉛直方向の力のつり合いの式を立ててもは出てきそうもないわ。一応鉛直上向きを正として，力のつり合いの式を立てるとこうね。, 物理が得意な秀樹 そうだね。そもそも図の中にという文字がないもんね。実は，図の中の文字でいうと，電流は与えられていないんだよね。, 「赤点脱出プロジェクト 必ず解きたいテスト問題BEST5 物理基礎」の特徴と使い方. WordPress Luxeritas Theme is provided by "Thought is free". コイルの電磁誘導について，前回学習した自己誘導に加え，もう1つだけ紹介しておきたいと思います。 コイルの応用上，非常に重要な「相互誘導」と呼ばれる現象です！. コイルの電磁誘導について，自己誘導の他にもう1つだけ紹介しておきます。 コイルの応用上，非常に重要な「相互誘導」と呼ばれる現象です！ コイルの相互誘導-高校物理をあきらめる前に｜高校物理をあ … ここまでの電磁誘導では1本のコイルしか登場しませんでしたが，今回は2本のコイルを用意し，以下のようにセッティングしてみましょう。 この状態から電源をいじって電圧を変えると，1次コイルに流れる電流2次コイルの両端に誘導起電力が生じます！ 一方のコイルに生じた変化が，別のコイルの電磁誘導を引き起こすということで，相互誘導と呼ばれており，相互誘導による誘導起電力（相互誘導起電力）は，以下のような形で表されます。 自己誘導起電力の式と似ていますが，「原因となるコイル（1次コイル）」と「相互誘導起電力をつくるコイル（2次コイル）」の役割をしっかり区別することが重要！ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); このサイトでも何回にも渡って電磁誘導の講義をしてきましたが，電磁誘導はそれだけ重要な現象だということ。 あらゆるものが電気で動くこの時代ですが，相互誘導はそんな我々の生活の一端を担っています！, 具体的には変圧器という装置に利用されているのですが，簡単に書くと以下のような構造です。 ポイントは鉄心を輪っか状にしたことによって，磁束が外に漏れないこと！ 磁束が外に漏れない場合，1次コイル側に生じる自己誘導起電力と，2次コイル側に生じる相互誘導起電力の比は，コイルの巻数の比に一致することが知られています！ この結果を用いれば，相互誘導起電力の大きさを自由自在に，しかも簡単にコントロールできます（2つのコイルの巻数を変えればいいだけ）！, 変圧器はどういうときに使われているのかというと，発電所から各家庭に電気を送るときに用いられています。 一定の電力を送電する場合，電圧が高い方がジュール熱による損失が少ないため，変圧器を利用して，なるべく電圧を高くしてから送電しているのです。 ふむふむ。 言われてみれば確かにそうなんだけど，送電の仕方ひとつ取っても，よく考えられているなぁと感じませんか？, 時間に余裕がある人は，ぜひ問題演習にもチャレンジしてみてください！ より一層理解が深まります。, 電磁気の話題はまだまだ続くのですが，電磁誘導関係の話は次回で一区切り。 コイルがもつエネルギーの話で締めくくりたいと思います。, 「物理は分かる人だけ分かればいい」なんて時代遅れ。みんなが分かる解説を目指していきます！
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