電流でんりゅう の はたらき

この 章しょう で 学まなぶ こと

第だい 5 章しょう で は、 電流でんりゅう を 数値すうち (アンペア・ボルト・オーム) で とらえる 学習がくしゅう を しました。 この 章しょう で は、 電流でんりゅう が 流ながれる と そ の まわり に 何なに が 起おこる か を 学まなび ます。

電流でんりゅう は ただ 流ながれる だけ で なく、 磁場じば を 作つくり 出だし、 磁石じしゃく と 引ひき 合あっ たり 反発はんぱつ し たり し ます。 そ の はたらき を 利用りよう し て、 私わたし たち の 身み の 回まわり の 多おおく の 機械きかい (モーター・スピーカー・発電はつでん機き・IH 調理ちょうり器き) が 動うごい て い ます。

• 電流でんりゅう が 流ながれる 導線どうせん の まわり に 磁場じば が でき る こと を 知しる
• 右ねじの法則みぎねじのほうそく で 磁場じば の 向むき を 決きめ られる ように なる
• コイル に 流ながれる 電流でんりゅう と 磁場じば の 関係かんけい を 理解りかい する
• 電磁誘導でんじゆうどう と 誘導電流ゆうどうでんりゅう の しくみ を 知しる
• モーター と 発電はつでん機き が なぜ 回まわる か、 なぜ 電気でんき を 起おこす か を 説明せつめい できる
• 直流ちょくりゅう と 交流こうりゅう の ちがい を 知しる

大切たいせつ な こと: 第だい 5 章しょう の 「電流でんりゅう = 数値すうち」 から、 第だい 6 章しょう で は 「電流でんりゅう = 磁場じば を 作つくる もの」 へ 視点してん が 広ひろがり ます。 電気でんき と 磁石じしゃく が ふか く つながっ て いる こと が この 章しょう の 中心ちゅうしん メッセージ です。

1. 電流でんりゅう が 作つくる 磁場じば

磁石じしゃく の おさら い

磁石じしゃく に は N 極ごく と S 極ごく が あり、 同おなじ 極ごく ど うし は 反発はんぱつ し、 ち がう 極ごく ど うし は 引ひき 合あい ます。 磁石じしゃく の まわり に は 磁場じば (磁界じかい と も いう) が あり、 その 中なか に 鉄てつ粉こ を まく と、 N 極ごく から 出で て S 極ごく へ もどる 磁力線じりょくせん が 見みえ ます。

用語ようご	意味いみ
[[磁場	じば]] ([[磁界
[[磁力線	じりょくせん]]
[[磁針	じしん]]

電流でんりゅう を 流ながす と 磁場じば が でき る

導線どうせん に 電流でんりゅう を 流ながし、 そ の そば に 磁針じしん を 置おく と、 磁針じしん が ふれ ます。 これ は 電流でんりゅう が 磁場じば を 作つくっ て い る しょうこ です。 1820 年ねん に エルステッド が 発見はっけん し まし た。

電流でんりゅう を 強つよく する ほ ど、 また 導線どうせん に 近ちかづく ほ ど、 磁場じば は 強つよく なり ます。

| 条件じょうけん | 磁場じば の 強つよ さ | |---|---| | 電流でんりゅう が 大おおきい | 強つよく なる | | 導線どうせん に 近ちかい | 強つよく なる | | 電流でんりゅう が 0 | 磁場じば は 消きえる |

2. 右ねじの法則みぎねじのほうそく

直線ちょくせん の 導線どうせん に 電流でんりゅう を 流ながす と、 磁場じば は 導線どうせん を 中心ちゅうしん に 同心円どうしんえん に でき ます。 そ の 向むき は 「右ねじの法則みぎねじのほうそく」 で 決きまり ます。

右ねじの法則みぎねじのほうそく: 右みぎねじ を 電流でんりゅう の 向むき に 進すすめる よう に 回まわす と、 ねじ の 回まわる 向むき が 磁場じば の 向むき に 一致いっち する。

右手みぎて を 使つかっ た 覚おぼえ 方かた

右手みぎて の 親指おやゆび を 電流でんりゅう の 向むき に 向むける と、 のこ り の 4 本ほん の 指ゆび が まがる 向むき が 磁場じば の 向むき に なり ます。

| 電流でんりゅう の 向むき | 磁場じば の 向むき (導線どうせん を 上うえ から 見み て) | |---|---| | 紙面しめん から 手前てまえ へ (・印しるし) | 反はん時計とけい回まわり | | 紙面しめん の 奥おく へ (×印しるし) | 時計とけい回まわり |

確たしかめる 実験じっけん

1. 厚紙あつがみ に 穴あな を あけ、 直線ちょくせん の 導線どうせん を 通とおす
2. 厚紙あつがみ の 上うえ に 鉄てつ粉こ を まく
3. 電流でんりゅう を 流ながし、 紙かみ を 軽かるく たたく
4. 鉄てつ粉こ が 同心円どうしんえん状じょう に なら ぶ こと を かくにん する
5. 磁針じしん を 置 き、 N 極ごく の 向むき を 記録きろく し て 磁場じば の 向むき を 調しらべる

3. コイル の 磁場じば

導線どうせん を ぐるぐる ま い た もの を コイル と いい ます。 コイル に 電流でんりゅう を 流ながす と、 1 本ほん 1 本ほん の 導線どうせん が 作つくる 磁場じば が 重おも な り、 全体ぜんたい と し て 棒ぼう磁石じしゃく の よう な 磁場じば が でき ます。

コイル の 極ごく の 決きめ 方かた (右手みぎて の 法則ほうそく)

右手みぎて の 4 本ほん の 指ゆび を 電流でんりゅう の 流ながれる 向むき (コイル を 巻まく 向むき) に そえる と、 親指おやゆび が さす 向むき が N 極ごく に なり ます。

| コイル の 形かたち | 磁場じば の とくちょう | |---|---| | 1 本ほん の 直線ちょくせん導線どうせん | 同心円どうしんえん状じょう の 弱よわい 磁場じば | | 1 巻まき の 輪わ | 中心ちゅうしん を 通とおる 磁場じば | | 多数たすう巻まい た コイル | 棒ぼう磁石じしゃく と 同おなじ 形かたち の 強つよい 磁場じば |

コイル の 磁場じば を 強つよめる 方法ほうほう

工夫くふう	効果こうか
巻まき 数かず を ふやす	[[磁場
電流でんりゅう を 大おおきく する	[[磁場
鉄てつしん を 入いれる	[[磁場

電磁石でんじしゃく の とくちょう

鉄てつしん を コイル に 入いれた もの を 電磁石でんじしゃく と いい ます。

• 電流でんりゅう を 流ながし て いる 間ま だけ 磁石じしゃく に なる
• 電流でんりゅう を 切きる と 磁石じしゃく の 性質せいしつ を 失うしなう
• 電流でんりゅう の 向むき を 変かえる と N 極ごく・S 極ごく が 入いれ かわる
• 電流でんりゅう の 大おおき さ で 強つよ さ を 調節ちょうせつ できる

これ ら の 性質せいしつ を 使つかっ て、 リレー (継電器けいでんき)、 スピーカー、 IH 調理ちょうり器き、 リニアモーターカー など 多おおく の 機械きかい が 作つくら れ て い ます。

4. 電流でんりゅう が 磁場じば から 受うける 力ちから

電流でんりゅう を 流ながし た 導線どうせん を 磁場じば の 中なか に 置おく と、 導線どうせん は 力りょく を 受うけ ます。 これ が モーター の 原理げんり です。

力ちから の 向むき — フレミング の 左手ひだりて の 法則ほうそく

左手ひだりて の 親指おやゆび・人ひとさし指ゆび・中指なかゆび を 直角ちょっかく に 開ひらき ます。

指ゆび	向むき
中指なかゆび	電でん 流ながれ の 向むき
人ひとさし 指ゆび	[[磁
親指おやゆび	力ちから の 向むき (動うごく 向むき)

「電でん・磁・力ちから」 と 順じゅん に 「中ちゅう・人にん・親おや」 の 指ゆび に 当あてる と 覚おぼえ られ ます。

力ちから を 大おおきく する 方法ほうほう

条件じょうけん	力ちから
電流でんりゅう を 大おおきく する	大おおきく なる
[[磁場	じば]] を 強つよく する (磁石じしゃく を 強つよい もの に)
導線どうせん を [[磁場	じば]] に 直角ちょっかく に する
導線どうせん を [[磁場	じば]] に 平行へいこう に する

モーター の しくみ

モーター は 「電流でんりゅう と 磁場じば が 力ちから を 生うむ」 性質せいしつ を 利用りよう し、 コイル を 回まわし 続つづける 仕組しくみ です。

1. 磁石じしゃく の 間ま に コイル を 置おく
2. コイル に 電流でんりゅう を 流ながす と、 上下じょうげ の 導線どうせん が 反対はんたい向むき の 力ちから を 受うける
3. コイル が 半はん回転かいてん する
4. 整流せいりゅう子こ と ブラシ が 電流でんりゅう の 向むき を 切きりかえる
5. 同おなじ 向むき に 力ちから が はたらき 続つづけ、 コイル は 回まわり 続つづける

重要じゅうよう: モーター は 電気でんき エネルギー を 運動うんどう エネルギー に 変かえる 装置そうち です。 自動車じどうしゃ (EV)、 せん風ふう機き、 そうじき、 エレベーター など 私わたし たち の 生活せいかつ で 数かぞえ 切きれ ない ほ ど 使つかわ れ て い ます。

5. 電磁誘導でんじゆうどう と 誘導電流ゆうどうでんりゅう

モーター の 反対はんたい を 考かんがえ ます。 「コイル を 回まわせ ば 電流でんりゅう が 流ながれる の で は ない か?」 — これ を 1831 年ねん に ファラデー が 確たしかめ まし た。

実験じっけん でわかる こと

検けん流りゅう計けい (小ちいさな 電流でんりゅう を 計はかれる 計器けいき) を つない だ コイル に 磁石じしゃく を 出だし 入いれ し ます。

操作そうさ	検けん流りゅう計けい の はり
磁石じしゃく を 入いれる	ふれる
磁石じしゃく を 止とめる	0
磁石じしゃく を 出だす	反対はんたい に ふれる
磁石じしゃく を 速はやく 動うごかす	大おおきく ふれる
巻まき 数かず を ふやす	大おおきく ふれる
強つよい 磁石じしゃく に する	大おおきく ふれる

電磁誘導でんじゆうどう と は

コイル を つらぬく 磁場じば が 変化へんか する と、 コイル に 電流でんりゅう が 流ながれる 現象げんしょう を 電磁誘導でんじゆうどう と いい ます。 そ の とき に 流ながれる 電流でんりゅう を 誘導電流ゆうどうでんりゅう と いい ます。

重要じゅうよう: 誘導電流ゆうどうでんりゅう が 流ながれる の は 磁場じば が 変化へんか し て いる 間ま だけ です。 磁石じしゃく を 止とめ て お く と 電流でんりゅう は 流ながれ ませ ん。

誘導電流ゆうどうでんりゅう の 向むき — レンツ の 法則ほうそく

誘導電流ゆうどうでんりゅう は、 「コイル を つらぬく 磁場じば の 変化へんか を さまた げる 向むき」 に 流ながれ ます。 これ を レンツ の 法則ほうそく と いい ます。 中学ちゅうがく で は 「磁石じしゃく を 入いれる と き と 出だす と き で 反対はんたい向むき に なる」 と とらえ れ ば 十分じゅうぶん です。

6. 発電はつでん機き と 直流ちょくりゅう・交流こうりゅう

電磁誘導でんじゆうどう を 連続れんぞく し て 起おこ す しくみ が 発電はつでん機き です。 火力かりょく・水力すいりょく・原子力げんしりょく・風力ふうりょく・太陽光たいようこう など、 ほぼ すべて の 発電はつでん所しょ で この 原理げんり が 使つかわ れ て い ます (太陽光たいようこう を のぞ く)。

発電はつでん機き の しくみ

1. 磁石じしゃく の 間ま で コイル を 回まわす
2. コイル を つらぬく 磁場じば が たえず 変化へんか する
3. 電磁誘導でんじゆうどう に より 誘導電流ゆうどうでんりゅう が 流ながれ 続つづける

モーター と 発電はつでん機き は 同おなじ 構造こうぞう: モーター は 「電気でんき → 運動うんどう」、 発電はつでん機き は 「運動うんどう → 電気でんき」。 電池でんち を つな げ ば モーター、 手て で 回まわせ ば 発電はつでん機き に なり ます。

直流ちょくりゅう と 交流こうりゅう

種類しゅるい	電流でんりゅう の 向むき	例れい
**[[直流	ちょくりゅう]]** (DC)	いつ も 同おなじ 向むき
**[[交流	こうりゅう]]** (AC)	周期しゅうき的てき に 向むき が 入いれ かわる

周波数しゅうはすう (ヘルツ)

交流こうりゅう が 1 秒びょう間かん に くりかえす 向むき の 変化へんか の 回数かいすう を 周波数しゅうはすう (単位たんい ヘルツ Hz) と いい ます。 日本にっぽん で は 東日本ひがしにっぽん が 50 Hz、 西日本にしにほん が 60 Hz と 二に つ の 周波数しゅうはすう が 使つかわ れ て い ます (糸魚川いといがわ・静岡しずおか を 境さかい)。

発光はっこうダイオード (LED) で 確たしかめる

LED は 決きまっ た 向むき に だけ 電流でんりゅう を 流ながし て 光ひかり ます。

電流でんりゅう	LED の 光ひかり 方かた
[[直流	ちょくりゅう]]
[[交流	こうりゅう]]

交流こうりゅう を LED に つない で 振ふっ て み る と、 点滅てんめつ が 線せん の よう に 見みえ、 交流こうりゅう で ある こと が 確認かくにん でき ます。

7. 身み の 回まわり の 電気でんき と 磁場じば

電気でんき と 磁場じば の 関係かんけい は、 私わたし たち の 生活せいかつ を 支ささえる 多おおく の 機器きき に 使つかわ れ て い ます。

機器きき	利用りよう し て いる 原理げんり
モーター ([[直流	ちょくりゅう]]・交流こうりゅう)
発電はつでん機き	[[電磁誘導
スピーカー	コイル が 受うける 力ちから で 振動しんどう板ばん を 動うごか す
マイク	振動しんどう板ばん の 動うごき を [[電磁誘導
変圧へんあつ器き (トランス)	1 次つぎ コイル の 変化へんか する [[磁場
IH 調理ちょうり器き	鍋なべ自身じしん に [[誘導電流
リニアモーターカー	強力きょうりょく な [[電磁石
電車でんしゃ の 自動じどう改札かいさつ・カード	コイル と 電磁波でんじは で 情報じょうほう を やり取とり

これ まで の 章しょう と の つながり: 第だい 5 章しょう の 「電流でんりゅう・電圧でんあつ・抵抗ていこう」、 第だい 6 章しょう の 「磁場じば・電磁でんじ誘導ゆうどう」、 そして 第だい 4 章しょう の 「化学かがく変化へんか と エネルギー」 は、 すべて エネルギー 変換へんかん で つながっ て い ます。 火力かりょく発電はつでん = 化学かがく → 熱ねつ → 運動うんどう → 電気でんき、 と 4 段階だんかい の 変換へんかん が 行おこなわ れ て い ます。

安全あんぜん の きまり (この 章しょう で とくに 大切たいせつ)

電気でんき と 強つよい 磁場じば を あつかう 章しょう です。 つぎ の 注意ちゅうい を まもり ましょう。

電気でんき の 安全あんぜん

• ぬれ た 手て で コンセント や スイッチ に さ わ ら ない (感電かんでん の おそれ)
• たこ足あし配線はいせん を し ない (発火はっか の おそれ)
• 実験じっけん で は 必かならず 教師きょうし の 指示しじ通どおり の 電圧でんあつ に 設定せってい する
• ショート (+極きょく と -極きょく を 直接ちょくせつ つな ぐ) を 絶対ぜったい に し ない — 大だい電流でんりゅう が 流ながれ、 電池でんち が 発熱はつねつ し、 やけど や 発火はっか を 起おこ す
• 実験じっけん後ご は スイッチ を 切きり、 電池でんち を 外はずす
• コイル に 大だい電流でんりゅう を 流ながし 続つづけ ない — 発熱はつねつ し て 火傷かしょう や 火災かさい の おそれ
• 100 V の 家庭かてい用よう コンセント を 直接ちょくせつ実験じっけん に 使つかわ ない — 感電かんでん死し の 危険きけん

強つよい 磁場じば の 注意ちゅうい

• 強力きょうりょく な ネオジム磁石ネオジムじしゃく は はさん だ 指ゆび を つぶす ほど の 力ちから が ある — 顔かお や 目め に 近ちかづけ ない
• ペースメーカー (心臓しんぞう の 機械きかい) を 入いれ た 人ひと の そば で 強力きょうりょく な 磁石じしゃく や 電磁石でんじしゃく を 使つかわ ない
• スマートフォン・カード (磁気じき ストライプ)・時計とけい を 強つよい 磁場じば に 近ちかづけ ない — こわれる おそれ
• 鉄てつ や 鋼はがね の 工具こうぐ を 強力きょうりょく磁石じしゃく の 近ちかく で 使つかわ ない — はさみこ ま れ て けが を する

こ ま っ た と き

火ひ が 出で た、 こ げ た に お い が す る、 感電かんでん し た — すぐ に スイッチ を 切きり、 教師きょうし を 呼よぶ。 自分じぶん で 何なに と か しよう と し て は い け ま せ ん。

まとめ — 電流でんりゅうのはたらき を 3 行くだりで

• 電流でんりゅうが流ながれると周囲しゅういに 磁場じば ができ、 直線ちょくせん電流でんりゅうは 右ねじの法則みぎねじのほうそく で向むきが決きまり、 コイルでは内部ないぶに強つよい磁場じばが生しょうじる
• 磁場じば中ちゅうの電流でんりゅうは力ちからを受うけ (フレミングの左手ひだりての法則ほうそく) これがモーターの原理げんり、 逆ぎゃくに磁場じばの変化へんかで電流でんりゅうが誘導ゆうどうされるのが 電磁誘導でんじゆうどう と 誘導電流ゆうどうでんりゅう である
• 直流ちょくりゅう (向むきが一定いってい) と 交流こうりゅう (周期しゅうき的てきに向むきが変かわる) の違ちがいを理解りかいし、 発電はつでん機き・モーター・スピーカーなど身みの回まわりの電気でんき機器ききの原理げんりに結むすびつける