電流と磁界¶
電流が流れると、そのまわりに磁界ができます。逆に、磁界を変化させると電流が生まれます。この2つの関係が、モーター・発電機・IH・ICカードなど、身のまわりのほとんどの電気製品を動かしています。
磁界は目に見えません。平面の図では向きがつかみにくいので、3Dで回して確かめましょう。
このラボでできること¶
- 導線と磁界 — 電流のまわりにできる円形の磁界を、方位磁針つきで観察する
- コイル・電磁石 — 巻き数・鉄心・電流の向きを変えて、極と強さの変化を見る
- 電流が受ける力 — 電流と磁界の向きを選び、力の向きを3Dの矢印で確かめる
- 電磁誘導 — 磁石を近づける／遠ざけると、どちらの極ができるかを見る
- 問題演習 — 6問。解き方の手順とひっかかりやすい点つき
① まっすぐな導線のまわりの磁界¶
電流のまわりには、導線を中心とした同心円状の磁界ができます。向きは右ねじの法則で決まります。
右ねじの法則（まっすぐな導線）
右ねじを電流の向きに進めるとき、ねじを回す向きが磁界の向きです。
- 親指 → 電流の向き
- 残りの4本指 → 磁界の向き
磁界の強さは、導線に近いほど強く、電流が大きいほど強くなります。
ひっかかりやすい点
磁界は導線を取りまく円なので、導線の真上と真下では向きが逆になります。問題文で「方位磁針をどこに置いたか」を必ず確認してください。
② コイルと電磁石¶
導線をコイルにすると磁界が内側に集まり、棒磁石と同じはたらきをします。鉄心を入れたものが電磁石です。
右ねじの法則（コイル）
コイルでは、まっすぐな導線と指の役割が入れかわります。
- 4本指 → 電流の向き（ねじの回る向き）
- 親指 → 磁界の向き（ねじの進む向き）＝ N極の側
ひっかかりやすい点
「まっすぐな導線＝親指が電流」「コイル＝親指が磁界（N極）」。ここを混同する人がとても多いので、必ずセットで覚えましょう。
電磁石を強くする3つの方法¶
- 電流を大きくする（電圧を上げる、抵抗を小さくする）
- コイルの巻き数をふやす
- 鉄心を入れる
磁界の強さは、おおよそ「電流 × 巻き数」に比例します。
③ 電流が磁界から受ける力（モーターの原理）¶
磁界の中を流れる電流は、力を受けます。向きはフレミングの左手の法則で決まります。
フレミングの左手の法則
左手の3本の指を、たがいに直角に開きます。
| 指 | 意味 |
|---|---|
| 中指 | 電流（I） |
| 人差し指 | 磁界（B） |
| 親指 | 力（F） |
中指から順に 電・磁・力（でん・じ・りょく）と覚えます。
力を大きくするには、電流を大きくする・磁界を強くする・導線を長くする（＝巻き数をふやす）。
ひっかかりやすい点
- 使うのは左手です（右手はフレミング右手の法則で、電磁誘導に使います）。
- 電流と磁界が平行なときは、力がはたらきません。ラボのセレクトで確かめてみてください。
④ 電磁誘導¶
コイルの中の磁界が変化すると、電流を流そうとする電圧が生じ、電流が流れます。これが電磁誘導で、流れる電流を誘導電流といいます。
レンツの法則
誘導電流は、コイルの中の磁界の変化をさまたげる向きに流れます。
- 磁石を近づける → じゃまをする → 反発する極（磁石と同じ極）ができる
- 磁石を遠ざける → 引きとめる → 引き合う極（磁石と逆の極）ができる
誘導電流を大きくするには、磁石を速く動かす・巻き数をふやす・強い磁石を使う。
ひっかかりやすい点
電流が流れるのは磁界が変化しているときだけです。磁石をコイルの中で止めると、電流は流れません。「磁石がそばにあるかどうか」ではありません。
⑤ 身のまわりでの利用¶
| 製品 | 原理 | しくみ |
|---|---|---|
| モーター（扇風機・電車・EV） | 電流が受ける力 | 磁界の中のコイルに電流を流し、力で回し続ける |
| スピーカー・イヤホン | 電流が受ける力 | 音の信号でコイルを振動させ、空気を震わせる |
| リニアモーターカー | 電流が受ける力＋誘導 | 電磁石で浮かせて進める。車内電源も誘導集電でまかなう |
| 発電機（火力・水力・風力） | 電磁誘導 | 磁石の中でコイルを回して発電する（交流になる） |
| IHクッキングヒーター | 電磁誘導 | 交流で磁界を変化させ、なべ底に渦電流を起こして発熱させる |
| 交通系ICカード（Suica） | 電磁誘導 | カードに電池はなし。改札の磁界がカード内のコイルに電流を生む |
| ワイヤレス充電 | 電磁誘導 | 充電台のコイルの磁界変化で、機器側に電流を発生させる |
| 電磁石クレーン | 電磁石 | 電流を流したときだけ磁石になり、切ると鉄を離せる |
次に進む前のチェック
「コイルにN極を近づけたとき、コイルの上端は何極になるか」を理由つきで説明できたら合格です。答えはN極。近づいてくる磁石をさまたげるため、反発する同じ極になります。