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ノビコト

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【理科・物理】アンペアの右ねじの法則。コイルまわりの磁力の向き

磁力の向きを問う問題で、正反対の答えを書いてしまった経験はありませんか。塾でも間違えて全て逆に答えてしまった生徒を見ました。

この記事ではアンペアの右ねじの法則や右手を使って方位磁針の振れの向きを知る方法を紹介します。

 

 

導線のまわりの磁力

乾電池と豆電球をつないで以下のような回路を作ります。

f:id:nobikoto:20210903135903p:plain豆電球・乾電池間の導線の下に方位磁針を置きます。図の向きに電流を流すと方位磁針の針が振れました。

小学校あるいは中学受験では、「方位磁針のN極はどちら向きに振れたのでしょうか」という問題がよく出ます。

 

この問題を考える前に方位磁針について知っておきましょう

そもそも、方位磁針は下図のような作りになっていて、N極とS極があります。

 

N極はNorth(北)、S極はSouth(南)を意味します。

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方位磁針はこのように北と南を指し示してくれます。皆さん、どうして方位磁針が北と南を間違えずに示すことができるのか、ご存じでしょうか。

 

方位磁針は磁力に反応します。そして、地球は大きな磁石です。北向きの磁場が発生しているため、方位磁針が正しい方角を指し示すことができるのです。

 

さて、先ほど図にした実験では、電流を回路に流しています。そのため、導線の周りには磁力が働きます。磁力が働くと、方位磁針のN極は振れます。

 

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電流の流れる向きによって、磁界の向きや方位磁針のN極の振れる向きも変わります。

磁界の向きや振れる向きを調べるにはどうすればよいのでしょうか。

 

右ねじの法則を使って考えよう

右ねじの法則とはその名のとおり、ねじを右回しにする様子から電流の向きや磁界の向きがわかる法則のことです。ちなみに磁界とは磁気の働く空間の状態を意味します。

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頭の中にねじをイメージしてください。

ねじの上から下に向かって電流が流れる様子をイメージしてください。ねじを締める向きは反時計回りです。このねじを締める向きが磁界をあらわしています。

つまり、導線を流れる電流の向きに、頭の中でイメージしたねじの向きを合わせれば、磁界の向きがわかります。

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しかし、頭の中でいちいちねじをイメージするのも大変です。そのため、手を使って考える人が多いです。

手を使った場合は以下のような形になります。

 

下図は、電流が上から下に流れるケースです。

右手の親指だけ立てて拳を作ります。

赤い矢印は電流の向き。

水色の矢印は磁界の向き。

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電流が下から上に流れたケースは以下のとおり。

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磁界の向きにあわせて方位磁針のN極は振れます。

 

方位磁針の振れ。右手をパーにして親指の向きを見る

方位磁針のN極の振れだけを調べるときは、右ねじの法則よりも右手をパーにするやり方がカンタンです。

 

①右手を出します。

 

②方位磁針の上を導線が通っているときは、手の甲を上にして手のひらを下

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方位磁針の下を導線が通っているときは手の甲を下にして手のひらを上向けます。

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つまり、導線の通っている側から方位磁針にタッチするイメージで手を構えてください。

 

③右手の中指を電流の流れる向きに合わせます。付け根から指先に向かって流れていくイメージです。

 

以下の図の場合、上記の手順を踏むとどうなるでしょう。

 

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②今度は導線を方位磁針の下に変えます。電流をさきほどと同様、南から北に流した流しました。どうなるでしょう。

 

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右手の中指の向きを電流の流れる向きに合わせます。手の向きは導線の側から方位磁針をタッチする向きなので、この場合は先ほどとは逆で手のひらが上です。

 

次に導線の下に方位磁針を置いて、北側から電流が流れるケースです。右手を電流の向きに合わせます。

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導線の上に方位磁針を置いて、北から電流を流した場合は以下のとおりです。

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なお、方位磁針の振れかたはどの向きでも、電流が大きくなると比例して大きくなります。

 

東西方向の導線の場合、針は振れない

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導線をコイルにした場合は磁力が強くなる

導線を筒にぐるぐる巻きつけたものをコイルといいます。卷くことで磁力が強くなり、方位磁針の振れも大きくなるのです。コイルに電流を流すと、磁石の極ができます。

 

コイルに電流を流すと片側がS極、片側がN極になります。電流の向きを逆にすると、S極とN極は入れ替わります。

 

右手を使って磁界の向きや方位磁針のN極の振れる向きを知ろう

磁界の向きや方位磁針の振れの問題を間違えている子供の多くが、解いているうちにうっかり左手を使っています。また、手の甲が上か手のひらが上か、わからなくなってしまう子供も少なくありません。この記事で正しい解き方をぜひ覚えてください。

 

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