中学理科「電磁誘導」のこの解釈について

Question

中学理科の電磁誘導です。

コイルに棒磁石を出し入れすると電流が発生する話ですが、中学２年の子供が学校の理科の先生より、コイルの巻き方（巻く向き）と流れる電流の方向について聞いてきたのですが、よくわからなかったそうです。

Ｎ極、Ｓ極の出し入れ４パターン、一定の規則で電流の向きが決まってくると思うのですが、どういう覚え方をすれば良いのでしょうか？

comsun · Accepted Answer

コイルも僕たちも、安定していたいというのは変わりません。なので、コイルは自分のまわりの磁界が変化すると安定が崩れてしまうので、磁界が変化しないように反発しようとします。なので、磁石を近づける時は、「来るな！」  と言うかのように、近づいてきた磁石を遠ざけようと近づいてきた磁石の極と同じ極になろうとします。このときに電流が発生します。その逆に磁石を遠ざけようとすると、「行くな！」と言うかのように、磁石を引き止めようと遠ざかろうとする磁石の極と違う極になろうとします。このときにも電流が発生します。
例) コイルの右側に磁石のＮ極を近づけると、コイルの右側にＮ極を作ろうと電流が流れる。

あとは右手の法則で電流の向きを求めればＯＫです。分かりづらくてすみません。

thegenus · Answer

理想的には右ネジの法則を覚えます。覚えるも何もありません。ネジです。締めたい時の回転方向が磁力の向きです。
右ネジの法則だけで足りてしまうのですが、

問題を楽に解きたいだけなら、「右手の法則」を一つ覚えたらしまいです。（右手の法則は、なんということはない、四本の指が並んだ右ネジになっているだけでそれらによる総合的な磁力の向き（の出発点Ｎ極）が親指になる次第です。）

Ｎが近づいて来たらコイルもＮで押し返し、Ｎが遠ざかればＳになって引き戻そうとする。コイルがそうなる向きに親指を合わせたら、もう四本指が電流の向きを指していますから答えです。
Ｓ極が来たらこの逆になりますよね。
簡単ですよ。

コイルの巻き方によって電流がコイルからどっち向きに流れ出るかさえ勘違いしなければ点数とれますよ。

物理は覚える事を増やす勉強の仕方はダメです。覚えている量の少ない人ほど応用が効いて試験問題の点数が取れるという最高の科目です。理科は化合物以外に覚える物はほとんどありませんからその方向性で勉強頑張ってください。

fxq11011 · Answer

フレミング右手の法則
人さし指＝真っすぐ前をさす、親指＝人差し指と直角に上をさす、他の３本＝人さし指と直角（手の平と直角）に曲げる。
３本の指＝磁力線の方向（N～S）、人差し指＝電流の向き、親指
電磁誘導はこれら３つの関係うちのひとつに変化を加えるとその変化を打ち消す方向で他のものが変化します

ORUKA1951 · Answer

なぜ、電磁誘導(発電機)、モーターの話がそんなに複雑になるのでしょう。
　暗記のために法則を覚えようとするからです。
　モーターも電磁誘導も、原理原則はたったひとつの原理に基づいているのですよ。
★電荷が移動すると、その周囲に右回りの磁界が発生する。【図の上】
　これと
★磁場(磁界)の性質--磁力線で説明すると
・N極からS極に向かう矢印で表す
・同じ向きの磁力線は互いに反発し、逆向きの磁力線は引き合う
・張力がある
・途中で消えたり現れたりしない
　これは3年生くらいに、棒磁石とコンパス、鉄粉を使って学んでいるはず。

※なお磁場の向きは、N極単極子があると想定したときにそのN極単極子が受ける力の向きでしめされます。

モーターは、左の図のように電線中を電荷が移動(=電流が流れる)と、その周囲にできる磁場(磁力線)との力を考えると理解できるはずです。
　電磁誘導は、電線中の電荷が電線を移動させられる。あるいは周囲の磁界が移動することで、導体中の電荷が力を受けるために電荷が移動する。

フレミングの左手・右手で覚えるとテストのとき、「どっちだっけ」と分からなくなります。
　モーターの原理も、レンツの法則「磁界の変化を打ち消す方向の磁界を発生させる向きに電流が発生する」も統一して理解できるはずです。
　そもそもの原理を知らずして結果だけ覚えようとするから混乱するのですよ。

左の図は、電線に電流(白矢印)を流すとその周囲に磁場(薄青)が発生し、周囲の磁場(青)との相互作用で、電線が受ける力(赤矢印)をしめしています。

右の図は、分かりにくいですが、磁石を下に移動させる＝コイルを上に持ち上げる(相対原理)により、金属内の電荷が上に向いて移動することになりますから、その周囲に発生した磁場(薄青)が周囲の磁界(青)により力を受けて電荷が電線内を移動する方向(電流向き)をあらわしています。

電荷が移動す(電流が流れ)る===磁場に対して===と、その周囲に磁界が発生し、それによって電荷が力を受ける。というこの宇宙の法則に従った簡単なものです。
　ファラデーの左手・右手の法則、レンツの法則もその結果を覚えるための手段に過ぎません。わざわざ覚える必要があるのか????

cozycube1 · Answer

まず、以下の直線電流から円形電流までが参考になります。

http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/1-2-0-0/1-2-1-2dennryuugatukurujikai.html

直線の電流では、そのように右ネジの法則として知られている向きに磁界が発生し、それが円形になると、磁石のようになるわけですね。これが電磁石の仕組みです。

その下にソレノイド（コイル）がありますが、円形を多数作って磁界を強めているだけなので、1回巻いたもので理解しておけば大丈夫です。

そうしてできた電磁石に永久磁石を突っ込んで見るとします。電磁石と永久磁石N極とS極の向きにより、永久磁石は反発したり、吸い寄せられたりします。

後で説明しますが、円形電流に電流が流れていないときを考えるので、反発するときだけ考えていきます。

反発されている永久磁石を電磁石に突っ込むには、力を入れなければなりません。力を入れながら動かすということは、力学的エネルギーを与えていることになります。この状況は、たとえば重力に逆らって物を持ち上げるのと似ています。

持ち上げたものを落とせば、運動エネルギーに変わってくれて、物理で言う仕事ができます。水力発電がそれの一例ですね。

電磁石と永久磁石の電磁気力も、同様です。電磁石を突っ込む力を緩めれば、電磁石は反発力で飛び出てきます。

これを、電磁石（円形電流）の立場から見てみると、永久磁石が突っ込まれている最中は、電流が流れにくくなります。つまり、流している電流と逆の向きの電圧が発生してしまうんですね。

では、今度は引っ張り合うような向きだとどうかということになります。それは、上記で説明した反発の場合と、全く逆になります。電磁石（円形電流）には、磁界を強めるような電流が流れるような電圧が発生します。

では、電磁石に電流を流していないときは、どうなるかということになります。理由ははっきり分かりませんが、自然界では変化をしないような仕組みがあります。

たとえば、物は押されたりしない限り動きません。空気抵抗を無視すると、軽いものも重いものも同じ速さで落ちるのは、重くなるのに比例して動かしにくいからですね。

電流を流していない円形の導線（コイル）も同じなのです。永久磁石が突っ込まれるときには、そうさせないような磁界を発生する電流が流れます（そういう電圧が発生する）。

既に突っ込まれた永久磁石を円形の導線（コイル）から引き抜こうとすると、それに逆らって永久磁石を惹きつけようとする向きの電流が流れます。

これらは、最初から円形電流が流れているときと同様に、右ねじの法則の向きの電流になります。

同じサイトの次のページでは、その様子を図示しています。

http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/1-2-0-0/1-2-3-1dennjiyuudou.html

念のために付記しておくと、こういう現象は永久磁石が動いているときだけです。コイルに電流が流れていて電磁石状態で、永久磁石が力を受けていても、永久磁石（またはコイル）を動かさない限り、永久磁石による電圧は発生せず、したがって永久磁石による電流は流れません。

中学理科「電磁誘導」のこの解釈について

コイルも僕たちも、安定していたいというのは変わりません。

この回答への補足

理想的には右ネジの法則を覚えます。

この回答への補足

フレミング右手の法則

この回答への補足

なぜ、電磁誘導(発電機)、モーターの話がそんなに複雑になるのでしょう。

この回答への補足

まず、以下の直線電流から円形電流までが参考になります。

この回答への補足

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　まず、以下の直線電流から円形電流までが参考になります。