中学理科－電磁誘導と磁界電流の向き

質問

文系のものですが、塾で中学生に理科を教えています。コイルの中に棒磁石を出し入れすると電流がおきますよね、その磁石に対して反発するように磁界が発生しますから磁力線の向きはわかるのですが、電流の向きがわかりません。問題集によってはこれはどうみてもおかしいのでは、という矢印の向きもあるのです（少なくとも私にはそう見えるのですが）。右ねじの法則や例のこぶしをつくって親指の先が磁界の向きで指の方向が電流の向きといわれてもそもそも指は丸くなっているし指のどこの部分をとって電流の向きとするのかわかりません。電流が流れ出す方向にNが発生するのかなという一応の規則性を見出したところ、またまた別の問題集では電流が流れ込む方向にNが発生しています。簡単にすっきりとわかる方法があるかと思いますのでどなたかよろしくお願いします。

回答No.3

rei00 · ベストアンサー

参考 URL（中学理科の攻略　りかちゃんのサブノート）はいかがでしょうか。

　目次から「電流と磁界」のページへ移って下さい。「電流のまわりの磁界」に右ネジや右手の図があります。

> そもそも指は丸くなっているし指のどこの部分をとって
> 電流の向きとするのかわかりません。

　各指がコイルの一巻きと考えれば良いです。で，指の付け根から指先に向かって電流が流れると考えるのです。

> 電流が流れ出す方向にNが発生するのかなという一応の
> 規則性を見出したところ、またまた別の問題集では
> 電流が流れ込む方向にNが発生しています。

　『コイルの中に棒磁石を出し入れする』時の事ですよね。でしたら，Ｎ（Ｓ）の方向を先に考えます。次に，その方向に右手の親指を向けて電流の方向を考えます。

　例えば，コイルにＮ極を近づける場合。近づくＮ極に反発するように，コイルの磁石の側にＮ極ができます。逆にＳ極が近づく場合は，コイルの磁石側がＳ極（反対側がＮ極）になります。

　磁石を遠ざける場合にできる極は逆ですが，考え方は同じです。コイルにＮ極を向けて遠ざける場合は，それに反発するわけですからＮ極を引き付けるように磁界が（つまり，コイルの磁石側にＳ極が）できます。

　いかがでしょうか。

参考URL：

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/

お礼

4名の方ありがとうございました。HPなどもすごく参考になりました。特にりかちゃんのサブノートはわかりやすかったです。さきほど仕事が終わりじっくり皆さんのお返事を読ませていただきました。問題集によって電流の向きが違っていたのはなんとか原因がわかりました。つまりコイルの左側に検流計がある場合と右側にある場合の違いだったのですね（いいのかな？）。
結局、小指の根元から電流は流れ、人差し指に抜けるんですけど、磁石のN極が近づく時にはこぶしを空手の正拳のようにし、N極が遠ざかるときには裏拳のようにすればよい、と私なりに理解できました。これでやってみたら全部正解がでました。もし違っていたらまたこの回答に戻って学習します。ありがとうございました。

回答No.4

oruka

理系の同業者です(^^;

ひとつ誤解しやすいポイントを指摘しておきます。
磁界というのは棒磁石自身によっても発生しています。
（というか、こちらの方がメインです）
ですから、この実験中に磁力を計る機械で磁界の様子を測定すれば、棒磁石による磁界と、コイルによる磁界を足し合わせたもの（ベクトル的にですが）が観測されるはずです。

前置きが長くなりましたが、要は次のように考えてください。
棒磁石をコイルに近づけると（あるいは遠ざけると）
「棒磁石による磁界の変化に反発するような磁界」を生じさせるような電流がコイルに流れようとするのです。（ちょっとややこしいですが）
この電流を誘導電流と呼びます。この電流を流そうとする力を誘導起電力（あるいは誘導電圧）と呼びます。
例を示しますね
コイル上方からN極を近づけたとします。このときコイルには「近づいてくるN極に反発するように（すなわち上側にN極を生じさせるような）」電流が流れるのです。後はコイルの巻いてある向きに注意してどちら向きに電流を流せば上がN極になるか決めればOKというわけです。
N極を遠ざける場合は逆にNを遠ざけまい（＝引きつけよう）とするような（すなわち上側にS極を生じさせるような）電流が流れる、と考えればよいわけです。これさえマスターすれば絶対に正しい電流の向きが求められます。

ここでもう一度最初の話に戻りますが、コイルに流れる電流によってできる磁界は、棒磁石の動きによって起こった磁界の変化を「打ち消そうとして起こった」いわば２次的に発生した磁界なのです。この２つの磁界を混同しないように注意してください。
参考までに、超伝導（抵抗＝０）コイルならばこの「打ち消そうとして起こった電気の流れ」を妨げるものがないのでぴったり同じ大きさの磁界が発生し、磁界の変化を完全に打ち消すことになりますが（マイスナー効果）通常は抵抗により打ち消しきれません。

いかかでしょうか？最先端の現代物理学での解釈はさておき、このように理解しておけば中学生にとって十分本質的な説明ができますよ。

お礼

4名の方ありがとうございました。HPなどもすごく参考になりました。特にりかちゃんのサブノートはわかりやすかったです。さきほど仕事が終わりじっくり皆さんのお返事を読ませていただきました。問題集によって電流の向きが違っていたのはなんとか原因がわかりました。つまりコイルの左側に検流計がある場合と右側にある場合の違いだったのですね（いいのかな？）。
結局、小指の根元から電流は流れ、人差し指に抜けるんですけど、磁石のN極が近づく時にはこぶしを空手の正拳のようにし、N極が遠ざかるときには裏拳のようにすればよい、と私なりに理解できました。これでやってみたら全部正解がでました。もし違っていたらまたこの回答に戻って学習します。ありがとうございました。

回答No.2

ymmasayan

磁石に反発するように磁界が発生、磁力線の向きはわかる・・レンツの法則
磁力線の向きはわかるが、電流の向きがわかりません・・アンペアの右ねじの法則

右ねじの法則と言うのはねじをドライバーで時計回りに回すとねじがしまっていくのです。
このときねじの進む向きが電流の方向、ねじの回る方向が磁力線の方向です。
注意として、電流も磁力線も最後はそれぞれが一つの輪になります。
あまり範囲を広げて考えると混乱します。

もう一つ、右こぶしの話ですが糸巻き（最近の子は知らない？）に鉛筆を指して
右手に握ります。親指側の鉛筆が磁界の向き、４本の指の先が電流の向きです。

もう一つ、余談ですが、電流を基準にしても、磁力線を基準にしても、しかも、
右ねじも、右こぶしも全部同じことをやっています。どれでやっても（色々入れ替えても）同じです。
覚えるのは一つで充分ですが生徒さんはそうはいかないでしょうね。

参考ＵＲＬとして右ねじと右こぶしの図解を載せておきます。

参考URL：

http://lib1.nippon-foundation.or.jp/1998/0139/contents/025.htm,http://www.kitagawa-denki.co.jp/trans/electromagnetic.htm

お礼

4名の方ありがとうございました。HPなどもすごく参考になりました。特にりかちゃんのサブノートはわかりやすかったです。さきほど仕事が終わりじっくり皆さんのお返事を読ませていただきました。問題集によって電流の向きが違っていたのはなんとか原因がわかりました。つまりコイルの左側に検流計がある場合と右側にある場合の違いだったのですね（いいのかな？）。
結局、小指の根元から電流は流れ、人差し指に抜けるんですけど、磁石のN極が近づく時にはこぶしを空手の正拳のようにし、N極が遠ざかるときには裏拳のようにすればよい、と私なりに理解できました。これでやってみたら全部正解がでました。もし違っていたらまたこの回答に戻って学習します。ありがとうございました。

回答No.1

ClearSky

フレミングの法則を理解されると、全てOKです。(^^♪

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=367250

を参照されてください。
（指は、ぴんと伸ばす、です。）

お礼

4名の方ありがとうございました。HPなどもすごく参考になりました。特にりかちゃんのサブノートはわかりやすかったです。さきほど仕事が終わりじっくり皆さんのお返事を読ませていただきました。問題集によって電流の向きが違っていたのはなんとか原因がわかりました。つまりコイルの左側に検流計がある場合と右側にある場合の違いだったのですね（いいのかな？）。
結局、小指の根元から電流は流れ、人差し指に抜けるんですけど、磁石のN極が近づく時にはこぶしを空手の正拳のようにし、N極が遠ざかるときには裏拳のようにすればよい、と私なりに理解できました。これでやってみたら全部正解がでました。もし違っていたらまたこの回答に戻って学習します。ありがとうございました。