電流はその周囲に磁場を作り、コンパスに力を及ぼす。軽いコンパスを重い磁石に代えれば、近くにある電流に力を及ぼす。これは作用・反作用の関係だ。このような磁場と電流の間の力は電磁力と呼ばれる。モーターやスピーカーは電磁力を応用した技術である。

1)電流が磁場から受ける力−1 実験


Fig.1 アルミ箔のブランコ

  Fig.2               [アニメ]

Fig.3      レールガン

Fig.4               [アニメ]

            
            Fig.5   クルックス管


Fig.6               [アニメ]

2)電流が磁場から受ける力−2 磁場から受ける力の起源、向きと大きさ

   

Fig.8  電流が磁石に及ぼす力の反作用が電流が磁場から受ける力(電磁力)だ
       

Fig.9 磁場Bの中の長さlの電線に電流Iが流れるとき電線にはたらく力の向きと大きさ
       

Fig.10 磁場Bの中で正の点電荷qが速度vで移動するとき点電荷にはたらく力の向きと大きさ

     

   

3)電流が磁場から受ける力の向き

手の指を使った3っつの方法のどれか一つを使えれば良い。 各自の好みであるが、Fig.13の「右の手のひら法」が最も簡単で合理的だと思われる。歴史的にはフレミングの左手則が有名だが、生徒は右手則・左手則を迷いやすい。



Fig.11  フレミングの左手則


Fig.12 右手3本指、電・磁・力 則


Fig.13  右てのひら、電・磁・力 則


     

   

4)モーターとスピーカー

電磁力を応用した身近な例はモーターとスピーカーである。

              [アニメ]
Fig.14  直流モーター
              [アニメ]
Fig.15 スピーカー
                             [ビデオ]
Fig.16 (左)実験用モーターもスピーカーになる。
Fig.17 (右)ペットボトルスピーカー
   
  

3)練習問題





Fig.18 スイッチを入れたら導線が動くのはAかBか?

Fig.19 スイッチを入れたらアルミ棒が動くのはAかBか?

Fig.20 図のように磁石を近づけたら電子ビームはどの向きに動くか?

Fig.21 モーターの回転の向きはAかBか?

Fig.22  点P はどの向きに動
くか?

Fig.23  一辺1.0mの正方形
の電線にはたらく力の向き
と大きさを求めよ。

Fig.24  導線Pにはたらく力の向きを求めよ。

Fig.25  (a)、(b)それぞれについて導線にはたらく力の向きと大きさを求めよ。
Fig.26 導線P、Q、Rに1.0Aの電流が流れているときRが受ける力の向きを求めよ。
Fig.27 均一な磁場B中に電子、陽子、中性子が移動するときそれぞれどのような運動をするか?
  

3)参考文献

1)秋吉優史、「クルックス管の安全な取り扱いとその課題」2018.3.8