磁界とは?電流と磁界の関係について解説!

2024.01.03

磁石をクリップに近づけると、磁石にクリップがくっつきますね。

こういった磁石の不思議な性質は、私たちの日常のさまざまなところで活用されています。

たとえば、冷蔵庫の扉がきちんと閉まるのは、扉の内側にやわらかいゴム状の磁石が使われているからです。

他にも、電子レンジやICカードなど、多くの身の回りのものに磁石が使われています。

今回の記事では、磁石の持つ不思議な力について学習していきましょう。

実は磁石の力と電流は深い関連があるので、その関係についても掘り下げます。

主に中学理科の「電流と磁界」にあたる範囲を取り上げるので、ぜひ学校の勉強にも役立ててくださいね。

磁石によって生まれる磁界

まずは、磁石の力と磁界について解説をします。

磁石のN極とN極、もしくはS極とS極のように同じ極を近づけると、お互いにしりぞけ合います。

また、磁石のN極とS極を近づけると、引き合います。

磁石のもつこのような力のことを、磁力と言います。

そして、磁力がはたらいている空間のことを、磁界と言います。

磁界の中にいくつかの方位磁針を置くと、それぞれ方位磁針の針の向きが変わります。

このとき、それぞれの地点で方位磁針のN極が指す向きを、その点での磁界の向きと言います。

その向きに従い、N極からS極へとはたらく磁力を表した曲線を、磁力線と言います。

たくさん新しい用語が出てきたので、下の図を見ながら改めて整理してみましょう。

図の中央に大きな磁石があり、磁石の力がはたらく空間である磁界ができています。

その周りの円を描くような曲線が、N極からS極へとはたらく磁力を表した磁力線です。

磁力線には、N極からS極に向く磁界の向きがわかるように、矢印がついていますね。

また、この磁界の中にある方位磁針のN極の指す向きは、その点での磁界の向きを表しています。

図中の2つの方位磁針のN極は、きちんと磁力線が表している磁界の向きと一致していますね。

そして、磁力線の間隔が狭いほど、つまりN極・S極に近いほど磁界は強いです。

逆に言えば、磁力線の間隔が広いほど、つまりN極・S極から離れるほど磁界は弱くなります。

電流によって生まれる磁界

磁力がはたらく空間のことを磁界と言うことを、先ほど学習しました。

この磁界をつくることができるのは、磁石だけではありません。

実は電流も磁界をつくることができます。

下の図のように、まっすぐな導線に、下から上へと向かう電流が流れているとします。

すると、この導線の回りには、図の黒い線のように、円を描くような磁界が発生します。

導線に近いほど磁界は強く、導線から離れるほど磁界は弱くなります。

学校のテストでは、このように導線に電流を流したときの磁界の向きもしくは電流の向きを問う問題がよく出題されます。

そんなときには、右手を使って考えましょう。

図の手のように、サムズアップをするイメージで、右手の親指を立て、残りの4本の指を握りましょう。

このとき、親指の向きを電流の向きに合わせると、残り4本の指の向きは磁界の向きになります。

図の手を確認してみると、確かに親指の向きは下から上へと流れる電流の向きと一致し、残り4本の指の向きは磁界の向きと一致していますよね。

自分の右手を実際に使い問題を解いて、やり方を身に着けてください。

コイルの周りにできる磁界

先ほどは、導線の周りにできる磁界を見ていきました。

今度は、導線をぐるぐるとらせん状にまいたコイルに電流を流した場合の磁界について学習しましょう。

下の図の茶色の線がコイルを、黒の線がコイルを流れる電流の向きを、水色の線が磁力線を表しています。

コイルの内側では、コイルの軸に平行のまっすぐな磁力線ができ、コイルの外側の磁力線は、棒磁石のときと同じような曲線を描きます。

コイルの場合でも、学校のテストで磁界の向きもしくは電流の向きを問う問題がよく出題されます。

このときも、右手を使って考えることができます。

先ほどのように、右手でサムズアップをするイメージで、手を握り親指だけを立てましょう。

今度はコイルの渦巻き状のところを流れる電流の向きに親指以外の残り4本の指の向きを合わせます。

すると、親指の向きはコイルの内側の磁界の向きと一致します。

図の手を確認してみても、親指の向きはコイルの内側の磁界の向きと、残り4本の指の向きはコイルの渦巻き状のところを流れる電流の向きと同じになっていますね。

導線1本のときとは、右手の親指の向き・4本の指の向きが表すものが異なるので、注意してください。

まとめ

この記事では、磁力によって磁界ができ、磁界は磁石だけではなく電流によってもつくりだされることを説明しました。

右手を使って電流の向きと磁力の向きを考える方法は、なかなか慣れないかもしれませんが、問題を解くときに実際右手を動かして練習し、身に着けてくださいね。

今回は電気から磁力をつくる流れを学習しましたが、逆に磁力から電流を生み出すこともできます。

磁界を変化させて電流をつくることを電磁誘導と言い、この電磁誘導によって流れる電流を誘導電流と言います。

実はIHクッキングヒーターの熱は、この電磁誘導をもとに生み出されています。

少し難しい内容になりますが、電磁誘導と誘導電流についてもう少し知りたい方は、ぜひ「電磁誘導とは?仕組みや利用法などをわかりやすく解説!」を読んでみてくださいね。

このように、Lab BRAINSの「楽しく学ぶ」では、身の回りの例を紹介しながら中学内容の理科をより身近に楽しく学べる記事をたくさん発信しています。

これからもLab BRAINSの記事を活用して、学びを深めてくださいね。

 

 

 

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