磁界
磁力・・・磁石がもつ鉄を引き付ける力
磁界・・・磁力のはたらく空間
磁界の向き・・・磁界内で方位磁針を置いたとき、そのN極が指し示す向き
磁力線・・・磁界の向きを分かりやすくするために示した線で磁石のN極から出て、S極に入る
※磁力線の密度が大きいところほど「磁界が強い」と言い、磁力が強い。また、逆に磁力線の密度が小さいところほど「磁界が弱い」と言い、磁力が弱い。
磁界は磁石から発生するが、電流を流した導線の周りにも発生する。
電流によって発生する磁界
導線に電流を流すとその周りに磁界が発生する。この磁界の強さは流れる電流の大きさに比例して大きくなる。
右ねじの法則・・・発生する磁界の向きは電流の流れる方向に見て、導線を中心に時計回りに回るように発生する法則。使い方は下の図を参照。
例えば上図の場合、この導線の真上に方位磁針を置くと、下図のようにN極は右手前側を向く。
同様に導線の真下に方位磁針を置くと、N極は左奥側を向く。
この他にも下図のような板に導線を刺して、その導線に電流を流し、板状で発生する磁界についてを考えさせる問題もよく出題される。
※導線の近くほど磁力線の密度が大きく磁界が強い。また、導線から遠いほど、磁力線の密度が小さく磁界が弱くなる。
上向きに電流を流すことで、板上では反時計回りに磁界が発生するので、板上の様々なところに方位磁針をおくと
N極は下図のように指し示す。
コイル
コイル・・・図のように導線を渦巻き状に巻いたもののこと。コイルに電流を流すことで、磁界が発生する。
右手の法則・・・右手の親指を除く4本指を電流の向きに合わせたとき、親指を立てた方向に磁界が発生するという法則。使い方は下の図を参照。
例えば、先ほどのコイルに電流を流すと次の図のように磁界が発生する。
この磁界で方位磁針をおくと、方位磁針のＮ極は磁界の向きを指し示す。
この図の場合、筒の左側がＮ極で右側がS極になるが、このような極を問う問題はよく出題されるので気を付けておこう。
フレミングの左手の法則
磁界が発生している場所で、磁界の向きと垂直な方向に電流を流すと電流を流した導体に、力がはたらく。
この磁界と電流と力の3つの向きを左手で表した法則がフレミングの左手の法則である。
左手の中指、人差し指、親指の順番に「電流の向き・磁界の向き・力の向き」を表していて、これの頭文字から電・磁・力と覚えると覚えやすいです。
写真を見ると分かると思いますが、それぞれの向きは他の2つの向きに対して垂直な向きになっていますので、
例えば、磁界が右向き、電流が上向きなら、力の向きは奥か手前かの2パターンしかありません。
これを知っておくだけでも、正答率を50％まで上げることが出来るのでよく覚えておきましょう。
フレミングの左手の法則については以下のU字型磁石を使うパターンとモーターを使う2パターンが基本になってきますが、
U字型磁石パターンが理解できればモーターも理解できるはずです。
U字型磁石パターン
下図のようにU字型の磁石の間に鉄の導体を設置し、この導体に電流を流します。
U字型磁石にはN極からS極に向かって磁界が発生しているので、このときの電流と磁界の向きから力の向きをフレミングの左手の法則を使って導くと下図のようになります。
というわけでU字型磁石から離れる方向に力がはたらきます。
力が働くのでこの鉄の棒は力の向きに移動します。
移動した後の状態を図で表すと、下図のような感じになります。
また、このU字型磁石を真横から見ると下図のようになります。
このとき、磁石によって発生する磁界と導体に電流が流れることで右ねじの法則で発生する磁界の2つがあり、
導体の右側では向きが同じで強めあい、左側では向きが逆で弱め合っています。
右ねじの法則で発生する磁界については下図を参照にしてください。
