電磁石と電流 <電磁石のはたらき>

0 電磁石の導入向け

強力磁石

 強力電磁石ってのがある。乾電池1本で、人間一人を吊り上げられるほどの力がある。磁力が漏れないように作ってある。なぜかコレが2台もある。おかげで、何人も体験させてみることが出来る。

 通電しておいて引っ張り合いをさせてみるのだが、ま、導入実験用だな。離れてしまわないように安全策も取られているから。

1 電流が流れると磁針が振れる

電磁石のしくみ電磁石のしくみ

 最近の電源装置は、ヒューズではなく安全回路が入っていて、過剰な電流が流れる時には警告をしてくれる。適切に対応すれば壊れることはないので安心だ。

 で、方位磁針の上にエナメル線を張って電流を流してみると、方位磁針が一定の決まりで振れる。電流の向きによって振れる方向が決まっているのだ。

 何度も方位磁針に巻き付けると、より強く振れる。

 この実験で、コイルの巻き数に応じて電磁石の強さがどうなるか、は推測できるようになる。

2 右ネジの方向だ

電磁石のしくみ電磁石、教材キット

 電流が流れるとどの向きに磁針が振れるかは、縦に張ったエナメル線に電流を流すと方位磁針が振れる方向で観察できる。右回りの方向に振れるのだ。

 昔、科学館でこの展示を見て、やってみたいと思っていた。容量の大きな電源装置のおかげでこれが出来るようになった。

 ただし、短い導線でやると電源装置の容量を超えてしまう。エナメル線のほとんどはドラムに巻いたまま、切らずに使うのがコツ。そして、ドラムの発する磁力が磁針に影響を及ぼすので、遠ざけておくのが肝心。

3 ムービングコイルのメーター

電磁石のしくみ

 写真は簡易な直流メーター。針の根元にはコイルが巻いてあり磁石の中で電流に応じて回転するしくみになっている。コイルが動く方なのでムービングコイルと呼ばれている。極性の変化をさせないモーターってなところかな。

4 電流と巻き数に比例する(はず)

電磁石の強さ

 電磁石の強さは、電流の強さと、コイルの巻き数に比例する(はず)である。ただ、巻き数を多くするとそれだけ抵抗が増えるので、巻き数の少ない時と同じ電流にはならない。同じ長さのエナメル線を使って、余りを遊ばせておくとより近くなるはず。

 電源装置は、乾電池〇個分という選択が出来るようになっている。2個分より4個分の方が倍の電流が流れる(はず)だが、電源装置の内部抵抗によって必ずしもそうはならない。

 新しい電源装置は優秀で、内部抵抗が低いようだ。乾電池では出来ない実験の結果が得られる。

5 電子天秤で

電磁石の強さ電磁石で実験

 電磁石の強さは、小釘を持ち上げる重さで測っている。声をかけて協力しあってすい付ける作業をして、電子天秤で計っている。

 電流の強さによる実験と、巻き数の違いによる実験の2回、同じような実験をする。

6 電磁石を応用して

手作りスピーカースピーカーを作ってみる

 スピーカーを作ってみた。磁力線がよく漏れるので音は悪いし効率も悪い。右の100均のネオジム磁石はかなり強力。これで音が出る。

 こんなので、コイルが磁石を動かして音になるってのは分かるんではないだろうか。

空芯コイルで実験コイルモーターを試作空芯コイルのモーター

 左は、空芯コイルと永久磁石。電流が流れると磁石に寄ったり離れたりする。右2つは空芯のコイルモーター。回転軸のエナメルを半分だけ剥くのがコツ。置いてある永久磁石に反応して回り続ける。ある年の中学校入試問題に出たモーター。

7 教材セットを買っているが

電磁石で動く車

 コア巻きの電磁石と、ドラム巻きのエナメル線が使いやすいので教材セットを買っている。エナメル線はドラムに巻いてないと、クラスに何人かはもつれさせてしまう。電磁石を巻く作業をしていると、1時間じゅうもつれをほどくことに取られてしまう子が出てしまう。

 授業では、そのほとんどをジップロックなどの袋に収めて必要な部品だけを出して使っている。

 

 授業が大体おわったあと、自動車工場が始まる。組み立て方は教えなくても、説明書を読み解いてくれたらいいのだ。

 うまく動かない場合は良い勉強になる。回路の作り方が悪いとか、何かパーツを忘れたか、接触が悪いなどだ。

 なぜモーターが回転するのか、そして自動車が動くのかは理解できているように授業をしなくては。


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最終更新日: 2020/09/21

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