中学理科のコイル・磁界の問題について

電磁誘導の問題で質問させていただきます。

下記の問題で、「3.　図のようにコイルに棒磁石のN 極を近づけたところ検流計の針が右に振れた
」の問題です。

http://science.005net.com/mondai/denji.php

設問は、「・・・右に触れた」の問題文より、逆を考えればいいので解答はわかるのですが、「N 極を近づけた」＝＞「検流計の針が右」というのは、なぜこうなるのでしょうか？

No.1 回答者： kiran3377 回答日時： 2013/02/12 01:32

N極を近づけると、コイルの先端はS極になろうとしますので、検流計の様になります。

No.2 ベストアンサー 回答者： cozycube1 回答日時： 2013/02/12 12:03

　右ネジの法則で考えればいいんですね。

　もし、右ネジの回る向きと進む向きを忘れやすければ、右手の親指だけを立てて、残る4本の指を握った拳でもいいです（「グッジョブ！」みたいな感じの右手）。

　親指が電流の向きとすれば、残る4本の指先の方向への磁界の向きですし、4本指をコイルに見立てて、指先の方向に電流が流れるとすれば、親指の方向に磁界が発生します（親指の先がN極と考えてOK）。

　コイルに対して磁石が動くと、磁界が変化し、コイルにはその磁界の変化を妨げるように電流が流れます。永久磁石のN極が近づいて来れば、コイルに電流が流れるのですが、永久磁石が近づくのを妨げるような電磁石となります。

「コイルに棒磁石のN 極を近づけたところ検流計の針が右に振れた」わけですが、このときは棒磁石のN極に対してN極で反発するような電磁石となります。その図なら、コイルの上がN極になります。

　おそらくは素直に右ネジの法則で考えて、検流計の右の端子から左の端子に流れる電流のはずですが、図は回路図となっていないので、そこまで判断していいかどうかの保証はありません。

　ともかく、コイルの上がN極（そして下がS極）となる電流の流れは「検流計の針が右に振れる」となるわけです。

　そうなると、棒磁石のN極を遠ざけていくと、コイルはそれを妨げるようにS極が上の電磁石となり「検流計の針が左に振れる」し、棒磁石のS極を近づければ、コイルは上がS極の電磁石で「検流計の針が左に振れる」、棒磁石のS極を遠ざけていくと、コイルは上がN極の電磁石で「検流計の針が左に振れる」ことになります。

　コイルのほうを棒磁石に近づけたり、遠ざけても同じですし、二つとも動かしても同じです。必ず動きを妨げるように、コイルには電流が流れます。

　棒磁石もコイルも動かしていないときは、コイルに電流は流れません。何の変化も起こっていないため、何かを妨げるような現象が起こらないのです。

この回答へのお礼

よくわかりました。自分が理解できていなかった点もわかりました。コイルを平面でとらえた場合のＮとＳを、「上が・・・」とか「下が・・・」で考えればよいわけですね。ＮとＳをどの部分に置いて右ねじを使えばいいのかわからなかったんです。ありがとうございました。ちなみに、平面でとらえた場合、棒磁石を近づけるを通り越し、四角の部分の中を通過させているときは、棒磁石のＮとＳが切り替わる部分で、電流の向きも変わるということでしょうか？

お礼日時：2013/02/12 14:48

No.3 回答者： mandegansu 回答日時： 2013/02/12 15:25

マックスウエルの方程式（２）▽×Ｅ＝ー∂Ｂ／∂tで解けます。

∂Ｂ／∂tは下向きのベクトルなのでー∂Ｂ／∂t（＝▽×Ｅ）は上向きのベクトルです。
従ってＥは上（磁石）から見て時計周りの回転（右）になります。

No.4 回答者： cozycube1 回答日時： 2013/02/12 15:57

　お礼、ありがとうございます。

#2です。

>棒磁石を近づけるを通り越し、四角の部分の中を通過させているときは、棒磁石のＮとＳが切り替わる部分で、電流の向きも変わるということでしょうか？

　厳密な実験をすれば、そのような現象が確認できるはずです。棒磁石の真ん中まではN極が入り込む現象のほうが優勢で、真ん中を過ぎてからはS極が離れていく現象のほうが優勢になります。それを妨げるようにコイルには電流が流れるので、棒磁石の真ん中の磁力がなくなる位置で、コイルに流れる電流の向きが変わります。

　ただ、棒磁石と呼ばれるほどに長いと、磁石の側面での磁界は棒磁石にほぼ平行な感じになります。

　そのため、棒磁石の先端が図にあるような平たいコイルを通り抜けると、磁界があまり変化しないために、それを妨げるような電流は少なくなり、検出しづらくなります。

　棒磁石の反対側が抜け出ようとすることになると、またはっきりと電流が検出できるようになります。

　もしコイルが棒磁石より長いとか、棒磁石が非常に短くて平板磁石のようだと、仰る現象は検出しやすいでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時：2013/02/12 22:42

No.5 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/02/13 08:48

この問題自体はN極とS極が反対の性質を持っているので

Ｎ極を近づける←(反対)→Ｎ極を遠ざける
　　↑　　　　　　　　　　　　↑
（反対)　　　　　　　　　　　(反対)
　　↓　　　　　　　　　　　　↓
Ｓ極を近づける←(反対)→Ｓ極を遠ざける

で答え自体は出てきます。

先に「中学理科「電磁誘導」のこの解釈について - 物理学 - 教えて！goo( http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7928183.html )」のNo.3で説明した文章を完璧に理解してください。
　たったひとつ「右ネジの法則」--コイルと磁力のほうではなく、電荷が移動すると発生する磁場のほうですよ!!!・・これが唯一の原理です。それ以外のフレミングの左右も、レンツも、コイルの右ネジもその結果なのです。

（図）
Ｎ磁石の磁力線は、電線に対して(左上)の関係です。
磁石を近づけると言うことは、相対的には電線が上に移動することになります。(右上)
導体は内部に自由に移動する電荷があります。
電荷が移動するとその周囲に磁界が発生します(左下)
　　・・・!!!右ネジの法則・・・
磁力線の向きが同じだと反発し、逆向きだと引き合います。そのため電荷は矢印の方向に力を受けます。(下中央)
結果的にコイルに左回りの電流が発生します。
このことから、最初の設問の電流計の端子の色や目盛りまで想定できるのですよ。

★これは問題には関係ありません。こんなこと知らなくても最初に述べたように答えは出ます。

　とにかく、電界と磁界の相互作用の定性的な部分は、
　⇒中学理科「電磁誘導」のこの解釈について - 物理学 - 教えて！goo( http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7928183.html )
　のNo.3ひとつ覚えておけば、すべて同じ原理で説明できるはずです。


　ちなみに、電流は一瞬にして導体の橋から端まで(その物質内の光速)で伝わりますが、電子は遅々とした歩みです。1mmの電線に1A流したって電子はナメクジの速さ程度で移動しています。だから、磁石を出しいれする遅い移動でも電流として検出できる。

　ホモポールモーターがなぜか移転するかも、右ネジの法則ひとつ知っていれば説明できますね。