磁界の向きは、磁針のN極
磁界の向きは、その場所に置いた方位磁針のN極が指す向き。磁力線は磁界を表す線で、実在する糸ではない。棒磁石の外側ではN極からS極へ向く。
同じ描き方なら、磁力線の間隔が狭いほど磁界は強い。
電流と磁界 — 攻略せよ。
STAGE 15 / PHYSICS / 中2
電流は磁界をつくり、磁界中の電流は力を受ける。反対に、コイル内の磁界を変化させると電流が生じる。モーターと発電機を、このつながりから考える。
KEY POINTS
『どちら向き？』の前に条件を確認
図がなくても、見る側・流す向き・動かす向きが分かる問題で練習しよう。
右手で向きを結び付ける
まっすぐな導線では、右手の親指を電流に向けると、他の4本の指が磁界の向き。コイルでは、4本の指を電流に合わせると、親指が内部の磁界とN極の向きを示す。
反対側から見ると、時計回り・反時計回りの見え方は逆。まず見る側を確かめる。
電磁石の比較は、一条件ずつ
同じコイルなら電流が大きいほど強くなる。同じ電流なら巻数が多いほど強くなり、鉄心を入れても強くなる。調べる条件以外はそろえる。
巻数の比較では電流をそろえる。同じ電圧だけでは、同じ電流とは限らない。
片方だけ逆なら、力も逆
磁界中の導線に電流を流すと、配置に応じて力を受ける。電流か磁界の片方だけを逆にすると、力の向きも逆。両方を逆にすると、力は元と同じ向き。
問題では観測された力を基準に比較する。配置不明のまま上下左右を決めない。
モーターは、力を回転に変える
モーターは磁界中のコイルに働く力を回転に利用する。簡単な直流モーターでは、整流子とブラシが半回転ごとにコイルの電流の向きを切り替える。
電気エネルギーから運動へ。全ての種類のモーターが同じ構造というわけではない。
磁界が『変わる』と、電流が生じる
閉じた回路のコイル内の磁界が変化すると電流が生じる。この現象が電磁誘導、生じる電流が誘導電流。磁石かコイルを動かして変化をつくる。
磁石が近くにあるだけでは流れ続けない。両方を止めて磁界の変化がなくなれば流れなくなる。
向きと大きさを、別々に考える
同じ配線で磁石の極か動く向きの片方だけを逆にすると、誘導電流の向きが逆になる。両方なら元と同じ。磁石を速く動かす、磁石を強くするなどで電流を大きくできる。
検流計の右・左は配線による。問題に示された基準の振れから比較する。
直流・交流は、向きの変化で区別
直流は流れる向きが変わらない電流。交流は向きと大きさが周期的に変わる電流。周波数は1秒間の周期数で、単位はHz。
直流の大きさが必ず一定とは限らない。周波数は向きが変わる回数ではない。
発電機は、運動から電気へ
発電機は、磁石やコイルの相対的な動きによる電磁誘導を利用する。与えられた運動のエネルギーを電気に変え、取り出す。モーターは主な変換の向きが逆。
エネルギーを何も受け取らず、電気を取り出し続ける装置ではない。
高い電圧で送って、損失を減らす
同じ電力を送るとき、高い電圧なら必要な電流を小さくでき、送電線で熱になる損失を減らせる。交流の電圧は変圧器で上げ下げし、使う場所で下げる。
高電圧でも送電線の抵抗がゼロになるわけではない。変圧比の発展計算は扱わない。
VIEW / CHANGE / COMPARE
向きを判断する4ステップ
基準と、変えた条件を分けるだけで整理しやすくなる。
- CHECK 01見る側と配線を確認
時計回りはどちら側から？検流計の接続は同じ？
- CHECK 02基準の結果を確認
磁針のN極、観測した力、針の振れはどちら向き？
- CHECK 03変えた条件を数える
電流・磁界・極・動く向きのうち、何を変えた？
- CHECK 04向きと大きさを分ける
反転するのは向き？強くなるのは大きさ？磁界は変化している？
WATCH OUT
ここでつまずかない
見る側を変えると、磁極も変わる
見かけの時計回りは逆になるが、実際の磁極は変わらない。
電流を大きくすると、向きも逆
同じ向きで大きさだけを増やしても、磁界の向きは反転しない。
磁石が近ければ、電流が流れ続ける
電磁誘導には磁界の変化が必要。停止後に変化がなくなれば誘導電流はなくなる。
検流計はN極を近づけると必ず右
左右は配線次第。本文の観測結果を基準に判断する。
直流は一定、交流は不規則
区別の中心は向き。交流は周期的に変わり、直流でも大きさが変化することがある。
UNIT TEST / 単元テスト
電流と磁界 単元テスト
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