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(6883) 電磁誘導について
mariel
2004/09/08(水) 13:16

はじめまして、marielと申します。
現在中学2年生の家庭教師をしているのですが、苦手な理科の分野で質問を受けて困っています・・・

導線をコイル状に巻いて検流計につなぎ、棒磁石を出し入れすると電流が流れますよね。
その理屈は何となく解るのですが、N極を下にして横(生徒が示した図では右側)に磁石を動かすと、検流計が左(ー)にふれるというパターンがどうして起こるのかが説明できませんでした。

いい説明がありましたら教えて下さい。
よろしくお願いします(*- -)(*_ _)ペコリ


(6884) (Re:6883)
Re:電磁誘導について
イルカ
2004/09/08(水) 17:10

marielさん、イルカです。
 台風の後始末でゴタゴタシテいるのですが、ここだけ。

>導線をコイル状に巻いて検流計につなぎ、棒磁石を出し入れすると電流が流れますよね。
>その理屈は何となく解るのですが、

 なんとなくだから、他の場合の説明ができないのでしょう。

>N極を下にして横(生徒が示した図では右側)に磁石を動かすと、検流計が左(ー)にふれるというパターンがどうして起こるのかが説明できませんでした。
 電磁誘導に限らず、すべての物理的運動において、外部からその状態を変化させようとすると、必ずその変化を打ち消す方向に力が生じます。
 コイルに電磁石を入れる場合、静止していれば何も置きないのですが、磁石を動かす=磁力線を変化させると考える方が分りやすい=と、その変化を打ち消す様に磁力を発生させる様に電流が生じます。
(逆に)
 磁界中で電荷を移動させると、電荷は磁界を生じますがそれを打ち消す方向に磁界が発生するのも同じです。

 さて、電線に磁石が近づく、あるいは遠ざかるとき電線の周囲でどういう磁界の変化が起きるか?→それを打ち消す方向に磁界を発生させるためにはどういう電荷の移動が必要か??。
 それを考えれば予測できると思います。

____________イルカ_________________
[理科]小中高生の理科質問箱 ・ [日常]日常の科学
 ̄ ̄ ̄ ̄[化学の広場]/[物理フォーラム}共同運用になりました。 ̄ ̄ ̄

個人



(6887) (Re:6883)
Re:電磁誘導について
いわし
2004/09/08(水) 21:56

>導線をコイル状に巻いて検流計につなぎ、棒磁石を出し入れす
>ると電流が流れますよね。
>その理屈は何となく解るのですが、N極を下にして横(生徒が示
>した図では右側)に磁石を動かすと、検流計が左(ー)にふれる
>というパターンがどうして起こるのかが説明できませんでした。

この問題は…

【1】               【2】
    │   │ ‖                 │   │
    │   │ ‖磁石を     磁石を    │   │
    │ N │ ‖動かす方向  動かす方向 │   │
    └──┘ V          ====⇒ │ N │
                              └──┘
 ━━━━━━━━━━━     ━━━━━━━━━━━
               ↑                   ↑
               コイル                 コイル

 「【1】の場合に電流が流れるのは解るが、
  【2】の場合に電流が流れるのは、なぜか?」
という話ですね?

 答えの鍵は「導線が磁束を横切るとき、起電力が生じる」という
事にあります。

 【1】では、コイルのすべての部分にわたって、同じ方向の起電力
が生じる、 …これはいいですね?

 【2】では、図の、左端と右端とでは、逆方向の起電力があるが、
磁石が近づきつつある右側の方が、“密”な磁束が横切るので大き
な起電力を生じ、全体としては差し引きで残っただけの起電力があ
ることになる、のです。

      ○      ○      ○

 別の見方として、
  「コイルで囲まれた面をつらぬく磁束の増減に比例した起電力
   が生じる」
というのもありますが、結局は同じことですね。


(6889) (Re:6887)
Re2:電磁誘導について
典B
2004/09/09(木) 07:34

 #6883 marielさん、はじめまして。

 すでにイルカさんといわしさんからコメントが出ていて重複しますが、多少でも参考になれば幸いです。

 いわしさんが#6887で、

> 別の見方として、
>  「コイルで囲まれた面をつらぬく磁束の増減に比例した起電力
>   が生じる」
>というのもありますが、結局は同じことですね。

とおっしゃっていますが、私の説明はその“別の見方”(磁束の増減)によるものです。

 さて、marielさんは「導線をコイル状に巻いて検流計につなぎ、棒磁石を出し入れすると電流が流れる」とおっしゃっていますが、それはコイルの巻き方向、検流計のつなぎ方、棒磁石のどちらの極を出し入れするかで電流の流れ方が変わってきます(電磁誘導の話は説明が難しいですね)。
 ということで、「N極を下にして横(生徒が示した図では右側)に磁石を動かすと、検流計が左(ー)にふれる」と言われても、その現象をズバリと説明ができる人は少ないと思いますが、以下私なりにトライしてみます。

 ここで、いわしさんの書かれた図を借用します(^^;)。

【1】               【2】
    │   │ ‖             │   │
    │   │ ‖磁石を     磁石を  │   │
    │ N │ ‖動かす方向  動かす方向 │   │
    └───┘ V       ====⇒ │ N │
                        └───┘
 ━━━━━━━━━━━         ━━━━━━━━━━━
      ↑                   ↑
     コイル                 コイル

 この問題は、電磁誘導の基本的なところから考えた方がいいのではないかと思います。その基本のひとつは、

(1)コイルに鎖交する(コイルに囲まれる)磁束が変化するとき
   には、それを妨げる向きに電流が流れようとする。

ということです。たとえば、コイルに上の方からN極を近づけた場合には、コイルから見ると下向きの磁束が増えることになりますから、コイルに流れる電流の向きは、上向きの磁束を発生させる方向になります。
 そして、もうひとつの基本は、

(2)コイルに流れる電流と、その電流が作り出す磁束の方向は
   「右ねじ」の関係である。

ということです。つまり、今の例では上向きの磁束を発生するためには、コイルを下から見たとき右回りになるような電流が発生することになります。

 ここでちょっと気をつけなければならないのは、電流は磁束が変化しているときだけ発生するということです。上のようにN極を近づけるときには、磁石を動かしている間は電流が流れますが、磁石を近づけた状態で静止すると電流は流れなくなります(その静止したときも磁束はコイルに鎖交はしているのですが、変化はしていないので、電流は流れないのです)。そしてその位置から磁石を上の方へ離していくと、こんどはコイルに鎖交している下向きの磁束が減少していくことになるので、それを妨げる方向、つまり下向きの磁束を作る方向に電流が流れることになります(つまり、電流の方向は近づけるときと逆になります)。

 まあ、こういうことをベースにいろいろ実験するなり考えるなりしてみてはいかがでしょうか。
 また、磁石をコイルの中心から横に動かすということは、いわしさんのおっしゃる“別の見方”で言えば、鎖交している磁束が減る方向になりそうな気がします(結果はいわしさんのおっしゃっていることと同じです)。



(6890) (Re:6889)
Re3:電磁誘導について
mariel
2004/09/09(木) 11:14

こんにちは、marielです。
イルカさん、いわしさん、典Bさん、わかりやすいご説明ありがとうございます!^^
私は基本的なところから解っていなかったようで・・・「打ち消す(妨げる)向きに・・・」というキーワードで初めてこの問題の意味が理解できたような気がします(・・;)

まだまだ未熟なのでこれからも助けを求めに来てしまいそうですが、その時はまたよろしくお願いします。
では、レス本当にありがとうございました☆




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