電磁誘導とは?仕組みや利用法などをわかりやすく解説!

2023.03.06

日常生活で使わない日はない「電気」ですが、それらがどのように生み出されているか知っていますか?また、ごく少量の電気であれば、自分でも発電できることを知っているでしょうか。この記事では、磁石と金属線から電気を生み出す「電磁誘導」について、解説しています。

電磁誘導とは

金属線を円形状に束ねたものを「コイル」といいます。
このコイルの中心に向かって磁石を近付けていくと、コイル内に電気が流れます。
この現象を電磁誘導と呼びます。
電磁誘導は磁石を近付けたり遠ざけたりすることで起こる現象です。
そのため、ある位置までコイルに磁石を近付けたあとその動きを止めると、電流は流れなくなります。

電磁誘導の仕組み

まずは「右ねじの法則」について解説します。
右ねじの法則は、下図のように、ある方向に向かって流れていく電流に対して、反時計回りに磁場が生じる、という法則です。

この図では、赤が電流の向き、青が磁力の向きです。
これを踏まえたうえで、電磁誘導がどのように起こるのか、見ていきましょう。

磁石は磁界という、磁力がはたらく範囲を持っています。
磁界では、磁石のN極からS極に向かって、磁力線が走っています。
これを図で表すと、下のようなイメージです。

ここで、コイルの中心部に向かって磁石を近付けていくことを考えます。
すると、コイルの内側を通って、磁力線がコイルに影響を及ぼします。
コイルは「磁界をそのままに保とうとする性質」があるため、変化する磁力線に抵抗するように、反対の磁界を持とうとします(黄色で示した磁界)。

この反対の磁界を持つために必要になるのが、先ほどの「右ねじの法則」です。
つまり、上の図のようにコイルが左側に向かう磁場を作り出したいときは左側に、右側に向かう磁場を作り出したいときは右側に向かって、電流が流れます。
もし磁石の動きを止めた場合、コイルが受ける磁力線には変化が起こらないため、電流が止まるのです。

誘導電流について

電磁誘導によって流れる電流のことを、誘導電流と呼びます。
誘導電流を強くするためには、
・コイルの巻き数を増やす
・磁石を動かすスピードを速める
・磁石の磁力を強くする
といった方法があります。
また、磁石のN極とS極を反対にすると、流れる電流の向きも反対になります。

電磁誘導はこんなところで利用されています

最も電磁誘導が多く利用されているのは、発電施設です。
例えば火力発電所の場合は、化石燃料などを燃やして水を加熱して水蒸気を作り、そのときの蒸気圧を使ってタービンを回転させます。
タービンの先には電磁石がついており、少量の電力と電磁誘導を用いて大量の電力を生み出すことができます。
IHクッキングヒーターは、電磁誘導で生じる電流と、それに対する抵抗を利用して加熱する仕組みとなっています。
さらに、置くだけで充電できるスマートホン充電器や、ICカードなどにも電磁誘導は活用されています。
知らず知らずのうちに日常生活のいたるところで使っている、非常に身近な物理現象が、電磁誘導なのです。

まとめ

電磁誘導は、コイルに対して磁石を近付けることで電気が発生するという仕組みです。
電磁誘導で発生する電流のことを誘導電流と呼びます。
誘導電流を強くするためには、
・コイルの巻き数を増やす
・磁石を速く動かす
・磁石の磁力を強くする
の3つに効果があります。
また、磁石を逆向きに動かしたり、磁石の極を入れ替えたりすることで、逆向きの電流を流すことができます。
同時に、磁石の動きを止めると、誘導電流も流れなくなります。
身近なところで多く使われている電磁誘導ですが、中学理科では「右ねじの法則」とともに、こうした現象があるということを抑えておけば、十分テストでの得点が狙えます。

 

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