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理科 2年

電流でんりゅうのはたらき

最終確認日:

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、 同おなじ極きょくどうしは反発はんぱつし、 ちがう極きょ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 極きょくから出でて S 極きょくへもどる 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 (磁界じかい)磁石じしゃくや電流でんりゅうのまわりにできる、 磁力じりょくがはたらく空間くうかん
磁力線じりょくせん磁場じばの向むきを線せんで表あらわしたもの。 N 極きょくから出でて S 極きょくへ
磁針じしん小ちいさな磁石じしゃく。 N 極きょくがさす向むきが磁場じばの向むき

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. 磁針じしんを置おき、 N 極きょ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かさなり、 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。

コイルの極きょくの決きめ方かた (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
巻まき数すうをふやす磁場じばが強つよくなる
電流でんりゅうを大おおきくする磁場じばが強つよくなる
鉄てつしん を入いれる磁場じばがけたちがいに強つよくなる (電磁石でんじしゃく)

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 極きょくが入いれかわる
  • 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じ場ばの向むき
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)大おおきくなる
導線どうせんを磁場じばに直角ちょっかくにする最大さいだい
導線どうせんを磁場じばに平行へいこうにする0 (力りょくを受うけない)

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えかんがえます。 「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
巻まき数すう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電池でんち、 太陽光たいようこうパネルの出力しゅつりょく
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コンセントの電気でんき、 発電はつでん所しょの出力しゅつりょく

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。 日本にほんでは 東日本ひがしにほんが 50 Hz、 西日本にしにほんが 60 Hz と二ふた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
直流ちょくりゅう連続れんぞくして光ひかる
交流こうりゅう速はやく点滅てんめつする (人じんの目めには連続れんぞくに見みえる)

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)電流でんりゅうが磁場じばから受うける力ちから
発電はつでん機き電磁誘導でんじゆうどう
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でんじゆうどうで電流でんりゅうに変かえる
変圧へんあつ器き (トランス)1 次じコイルの変化へんかする磁場じばが 2 次じコイルに誘導電流ゆうどうでんりゅうを起おこす
IH 調理ちょうり器き鍋なべ自身じしんに誘導電流ゆうどうでんりゅうが流ながれ、 抵抗ていこうで発熱はつねつ
リニアモーターカー強力きょうりょくな電磁石でんじしゃくの反発はんぱつ・引ひき合あいで浮上ふじょうと推進すいしん
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。

ソレノイドコイルの磁界図
コイルの磁場じば — 電流でんりゅうを流ながしたコイル (ソレノイドそれのいど) の周まわりには、 棒ぼう磁石じしゃくと同おなじような磁場じばができる。 N 極きょくと S 極きょくが現あらわれる。
右手の法則の説明図
右手みぎての法則ほうそく — 導線どうせんを親指おやゆびの向むきに電流でんりゅうが流ながれると、 指ゆびの巻まき方向ほうこうに磁場じばができる。 右ねじの法則みぎねじのほうそくと同おなじことを手てで表あらわしたもの。

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ねおじむ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。 自分じぶんで何なん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
この教材きょうざいは役やくに立たちましたか?
学がく習しゅうロードマップ(10件けん)
  1. 1中なか 2 理科りかをはじめよう (化学かがく変化へんかと物理ぶつり変化へんか・探究たんきゅうの方法ほうほう)
  2. 2物質ぶっしつの成なり立たち (原子げんし・分子ぶんし・元素げんそ記号きごう・化学かがく式しき)
  3. 3化学かがく変化へんか (酸化さんか・還元かんげん・分解ぶんかい・化合かごう・質量しつりょう保存ほぞんの法則ほうそく)
  4. 4化学かがく変化へんかと熱ねつ (発熱はつねつ反応はんのう・吸熱ねつ反応はんのう・鉄てつの燃焼ねんしょう)
  5. 5電流でんりゅうと電圧でんあつ (回路かいろ・オームの法則ほうそく・直列ちょくれつ並列へいれつ・電力でんりょく)
  6. 6電流でんりゅうのはたらき
  7. 7動物どうぶつの体からだのつくりとはたらき
  8. 8動物どうぶつの分類ぶんるいと進化しんか
  9. 9気象きしょう観測かんそくと大気たいき
  10. 10天気てんきの変化へんか