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電流と磁界,電流が磁界から受ける力

1 磁石・電磁石の磁界

(1)磁力・磁界

 磁石の間にはたらく力のことを磁力といいます。磁石にはN極とS極の磁極が存在します。N極同士,S極同士はしりぞけ合う力(斥力)が,N極とS極は引きつけ合う力(引力)がはたらきます。また磁力がはたらいている空間のことを磁界(磁場)といいます。

(2)磁界の向き

 磁界に方位磁針を置いたときに,方位磁針のN極の指す向きをその場所の磁界の向きといいます。

地球の磁界

 周りに磁石がない状態で方位磁針のN極は北の向きを示します。これは地球が大きな磁石で北極付近がS極,南極付近にN極があるからです。

〈棒磁石のまわりの磁界と磁力線〉

(3)磁力線

 磁石の周りにたくさんの方位磁針を置いて,それぞれの磁針のN極の指す向きに矢印を書き,それをつないで磁界の向きを表した線のことを磁力線といいます。磁力線から磁界の様子を知ることができます。

  • 磁力線の向き

     磁力線の矢印は磁石のN極から出てS極に入っていきます。

  • 磁力(磁場)の強さ

     磁力線の間隔がせまいところほど磁力は強く,磁力線の間隔が広いほど磁力は弱くなります。

  • 磁石につく金属

     磁石につく金属は鉄,ニッケル,コバルトがありますが,これらはすべて磁石にすることができます。

2 電流がつくる磁界

 電流と磁界には密接な関係があり,電流が流れているところのまわりには磁界ができます。

(1)導線のまわりにできる磁界

 電流が流れている導線を中心とした同心円状の磁界ができます。

  • 磁界の向き(右ねじの法則)

     電流の向きによって決まります。電流が流れる向きにねじを進ませるときのねじを回す向きが,磁界の向きになります。

  • 磁界の強さ

     導線に近いほど磁界は強く,遠いところほど弱くなります。また,流れる電流の大きさが大きいほど磁界は強くなります。

    〈導線のまわりにできる磁界〉

(2)コイルのまわりにできる磁界

 コイルに電流を流すとその内側と外側に磁界ができます。

  • コイルの内側にできる磁界

     コイルの軸に平行な磁界ができます。右手の親指以外の4本の指先を電流の向きにあわせたときの親指の方向が,磁界の向きになります。

  • コイルの外側にできる磁界

     1で示した棒磁石のまわりの磁界とよく似た磁界ができます。磁界の向きがコイルの内側と反対向きになります。

(3)コイルの磁界を強くする方法

  • コイルに流れる電流の強さを強くする。(比例します)
  • コイルの巻き数を増やす。(比例します)
  • コイルに鉄心を入れる。

    コイルに鉄心を入れることによって鉄心も磁石となるため,数100倍~数1000倍の磁力になります。

    はばのせまいコイルに巻き数を多くしたコイルは磁力が強くなります。

    コイルの磁界を強くする方法

(4)電磁石の極

 コイルの巻く向き,電流の向きを変えたりすることで電磁石の極を変えることができます。

3 電流が磁界から受ける力

(1)電流が磁界から受ける力

 磁界の中に置いた導線に電流を流すと,電流には磁界の向きと電流の向きのどちらにも垂直な向きに力がはたらき,導線が動かされます。

電流が磁界から受ける力

(2)電流が受ける力の向き

・フレミングの左手の法則…左手の中指が電流の向き,人差し指が磁界の向き,親指が導線のうける力の向きとなります。

〈フレミングの左手の法則〉

(3)電流が受ける力の向きを逆にする方法

  • 電流の向きだけを逆にする。
  • 磁界の向きだけを逆にする。

(4)電流が受ける力の大きさ

 電流の強さと,磁石の磁力の強さによって決まります。電流の強さが強いほど,磁石の磁力の強さが強いほど電流が受ける力は大きくなります。

(5)モーター

 電流が磁界から受ける力を利用してコイルが連続して回転できるようにした装置です。半回転ごとに電流の向きが切りかわるので,コイルは常に一定の向きに力を受けます。

〈モーターの原理〉

〈実験〉 電流が磁界から受ける力

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