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磁界の向きと強さ、磁力線が読むだけでわかる

磁界の向きと強さについて解説していきます!

 

①磁力・磁界・磁力線とは何か

②電流がつくる磁界

・導線のまわりにできる磁界

・コイルのまわりにできる磁界

・右ねじの法則

 

を学習したい人にオススメ!
磁界が全然わかりません!
ちゃんと確認すれば大丈夫だよ!☆
このページを読めば6分でバッチリだよ!

また、このページは【中2物理】磁界の単元の1ページ目だよ!

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みなさんこんにちは!

このサイトを運営する「さわにい」といいます。

中学理科教育の専門家で、インターネット上でも、中学生に役立つ理科サイトをつくっています。

ぜひ学習の参考にしてね☆

 

それでは磁界の向きと強さの学習スタート!

1.磁力・磁界・磁力線とは何か

まずは磁力」「磁界(磁界の向き)」「磁力線」の言葉の確認から始めよう。
言葉の意味をしっかりと覚えないと、イマイチよくわからなくなるよ!
オイラのことだ…
心配しないで!
まずは「磁力」からいくよ!

①磁力

磁力とは、

磁石を他の磁石や鉄などに近づけたとき、
それらにおよぼす力

のことだよ!
何となくはわかるけど…
今は何となくでOKだよ!
例を出してみるね!

ここに鉄でできた空き缶があるよ。
空き缶

これに磁石を近づけるとどうなるかな?
空き缶に磁石を近づける
空き缶が磁石に引き寄せられるよ!
その通りだね!
空き缶は引き寄せられる
この、引き寄せる力を磁力というんだね!
磁石の力」そのままの意味だね!
なるほど!

もちろん磁石同士でも磁力は発生するよ!
それぞれの磁力は下の図のようになるね!
反発しあう力、引き合う力、どちらも磁力だね!
反発しあう磁力1
反発しあう磁力2
引き合う磁力

磁力はOKかな?
もう一度確認するね!磁力とは
磁石を他の磁石や鉄などに近づけたとき、それらにおよぼす力
つまり
磁石によって発生する力なんだね!
わかったよ!
難しく考えないでいいんだね!

②磁界

次は磁界について説明するよ!
磁界とは磁石のまわりで磁力がはたらく範囲
のことだよ。
例えばさっきの空き缶と磁石の例
空き缶は磁石に引き寄せられるよね?
空き缶は引き寄せられる
うんうん。

だけど磁石と空き缶がとても遠い距離にあったらどうかな?
空き缶と磁石が遠い距離
空き缶は引き寄せられないね!
そうだよね!
このように、磁力がはたらく範囲には限界があるんだね。
この磁力がはたらいている範囲(空間)を「磁界」というんだね!
磁界のイメージ図はこんな感じ↓
棒磁石と磁界
磁石のまわりには、
目には見えないけれど磁界があるんだね!
棒磁石に近いところは磁界が強いから、
濃い色で表してみたよ!

ここまでのまとめ
磁力磁石によって発生する力
磁界→磁力がはたらく範囲

③磁界の向き

磁界とは磁力がはたらく範囲。

つまり下のようなものだったね。

棒磁石と磁界
そしてここでもう一つ大切なこと。
磁界には向きがある」んだ!
磁界は目に見えないんだよね?
向きはどうやってわかるの?
良い質問だね!磁界の向きは
方位磁針(方位磁石)を使うとわかるんだよ!

方位磁針?
うん。方位磁針とは下のようなものだね!
方位磁針
あ、これか。北を指すやつ!
方角を調べるのに使うね!
そう!
これで磁界の向きを調べることができるんだ!!
(方角を調べるのも、地球が大きな磁石であることを利用しているんだよ)

それでは方位磁針を使って
磁界の向きを調べてみよう!
棒磁石のまわりに方位磁針を置くと下のようになるよ!
棒磁石のまわりの磁界

あれ?方位磁針が北側を指していないよ!
うん。磁石のまわりの磁界が強いからだね!
磁界が強い場所に方位磁針を置くと、
方位磁針のN極は、北でなく磁界の向きを向くんだ!!
そうなの!おもしろい!!
ほんとだね。
これは絶対に覚えておいてね!
方位磁針のN極が指す向きが、磁界の向き
だよ!!
図にすると下のような感じだね!
棒磁石のまわりの磁界の向き

くり返すけど、
方位磁針のN極が指す向きが、磁界の向き
必ず覚えよう!
了解ー。

④磁力線

最後に磁力線について解説するね!

 

磁界の向きは説明したけれど、

もっとたくさん方位磁針を置くとどうなるんだろう。

試しに置いてみよう!

棒磁石のまわりの磁界2

方位磁針の向き(磁界の向き)に少し特徴がありそうだね!

 


もっともっと詳しく磁界を知るために、

方位磁針でなく鉄の粉をまいて磁界を観察しよう!

棒磁石と鉄粉

鉄粉をまくと、磁界がわかりやすいね!
これと、方位磁石の「磁界の向き」を合わせて考える
下のようになるね!
棒磁石と鉄粉と磁力線

おー。なるほど。
この磁界の向きをすべてつなげて曲線にしてみよう。
棒磁石と磁力線
このようになるね。

この
磁界の向きをつなげた線のことを「磁力線
というんだよ!
棒磁石と磁力線2
磁力線…磁界の向きをつないだ線
また、磁力線の感覚が狭いところは磁力が強いよ!
これも覚えておこう!

線の間隔が狭いほど磁界は強い
最後に、磁力線の向き(磁界の向き)はN極から出て、S極に入る。
と決まっているんだよ!必ず覚えておこう!

ちなみに、U型磁石のまわりの磁力線は
下のようになるよ!
U型磁石のまわりの磁力線
N極から出て、S極に入っているね!
うん、しっかりと覚えておいてね!

よし。これで
「1磁力・磁界・磁力線」
の解説を終わるね!
ポイントを下にまとめておくよ。

①磁石によって発生する力を磁力という
空き缶は引き寄せられる
②磁力がはたらいている範囲(空間)を「磁界」という
棒磁石と磁界
③磁界の向きは方位磁針を使うとわかる
方位磁針のN極が指す向きが、磁界の向き
棒磁石のまわりの磁界の向き
⑤磁力線とは磁界の向きをつないだ線
棒磁石と磁力線2
⑥磁力線の感覚が狭いところは磁力が強い
線の間隔が狭いほど磁界は強い
⑦磁力線の向き(磁界の向き)はN極から出て、S極に入る。
U型磁石のまわりの磁力線
このあたりが完璧ならOKだよ!
ややこしいから、また何日か後に読みに来るといいよ!
では、次に進もう!

2.電流がつくる磁界

つぎは「電流がつくる磁界」についてだよ!
電流がつくる磁界?
そう。中学理科では次の2つがテストに出るよ。

①直線の(普通の)導線
導線の写真

②コイル(導線を巻いたもの)
コイルの写真
これら2つに電流を流したとき、
どんな磁界ができるかを、理解しよう!

ちょっとまって!
どうしたの?
導線って磁石じゃないよね?
うん。ちがうよ!
導線は電流を流すと磁石になるってこと?
うん。(簡単に言うと)そういうことだね。
導線に電流を流すと、磁石になる(磁界が発生するんだ。
これは必ず覚えておこうね!
いい質問だったね!!
導線に電流を流すと、磁界が発生する!

それでは話をもどして、電流がつくる磁界を見ていこう!
まずは①の直線の(普通の)導線からだよ!

①導線に流れる電流がつくる磁界

導線の写真

では、まっすぐな導線に電流を流したとの磁界を見てみよう!

動画から見てみてね!(60秒)

(動画はユニバーシィ様より)

(動画の最後の「地磁気の方を向きます」というのは、「地球の北側を向きますという意味」だよ!)

 


どうかな?

導線を中心とする中心が同じ円の集まり

(これを同心円状という)のような磁界になったね!

図にすると下の感じだね!

導線のまわりの磁界

 

輪の集まりみたい!

うん。面白いね!

 


これだけなら簡単だけど、

磁界の向きも覚えないといけないよ!

 

そっか。
時計回りと反時計回りがあるもんね…。
そういうこと。
先に結論から言うね!
電流が上→下に流れるときは
磁界の向き(磁力線)は時計回り
導線を流れる電流による磁界の向き

電流が下→上に流れるときは
磁界の向き(磁力線)は班時計回り
導線を流れる電流による磁界の向き②

 

となるんだ!

 

覚えにくい…。

心配しないで!

右ねじの法則

という右手をねじのように考える法則を使えば、

簡単に覚えることができるよ!

 

説明するからしっかりと聞いてね

 


右ネジの法則①

右ネジの法則①は
グー!の手
右手でグー!の手をつくったときに、
★「親指が電流の向き
★「残りの4本(の指が生えている向き)が磁界の向き
と考える法則だよ!
みぎねじの法則

さっきの図に当てはめてみよう!

導線を流れる電流による磁界の向きと右ネジの法則

ほんとだー!

電流の向きが逆になっても使えるよ!

こんどは右手の親指を上向きにして…。

導線を流れる電流による磁界の向きと右ネジん法則②

 

ほんとだ!
残り4本の指が生えている向きが磁界の向きになるね!

この「右ネジの法則」を覚えておけば、
電流が上→下に流れるときは
磁界の向きは時計回り

電流が下→上に流れるときは
磁界の向きは班時計回り
は覚えなくて大丈夫だね!

ではまとめるよ!
まっすぐな導線に流れる電流がつくる磁界
は円のようになる。
導線を流れる電流による磁界の向き
磁界の向きは、右ネジの法則①を使う!
右ネジの法則①
グー!の手
親指が電流の向き
残りの4本(の指が生えている向き)が磁界の向き
OK!ばっちり!
それはよかった!

②コイルに流れる電流がつくる磁界

次は②。コイルに流れる電流がつくる磁界だよ!

「コイル」は導線を巻いたもので、下のようなものだね!
コイルの写真
このコイルに電流を流したときに
できる磁界を学習していこう!
簡単だよ!

右ネジの法則②

コイルの電流と磁界を調べるには
右ネジの法則②をつかうんだ!
グー!の手
②?①とは違うの!
一つだけ違うところがあるよ!
コイルの場合は
親指が磁界の向き
残りの4本(の指が生えている向き)が電流の向き
となるんだ!
①のときと指のもつ意味が反対なんだね!
そういうこと!コイルの場合は親指が磁界なんだね!

それでは図を見てみよう!
コイルのに流れる電流と磁界
コイルに電流を流すと、上の図のようにコイルの中に磁界が発生するんだ!
この、「電流」と「磁界」の向きを知るために
右ネジの法則②を使うよ!
コイルの磁界
ほんとだ!親指が「磁界」他の4本が電流。

さっきと指のもつ意味が反対だね!
そしてもう一つ注意事項!
慣れないと電流の向きが分かりにくいから、
コイルの電流の向きを見分ける
コツを伝えておくね!

コイルの一番上を見たときに
「電流は手前から奥」なのか
「電流は奥から手前」なのか
に注目すると見分けやすいよ!参考にしてね!
コイルの磁界

最後に、もう少し詳しいコイルの磁力線を見ておこう!
詳しいコイルの磁界
コイルの外側の磁力線の向きは、中側の向きとは逆だから注意してね!

③まとめ

まとめだよ!

まっすぐな導線に流れる電流と磁界

右ねじの法則①をつかう!

導線を流れる電流による磁界の向きと右ネジん法則②
親指が電流の向き
残りの4本(の指が生えている向き)が磁界の向き
だね!

コイルに流れる電流と磁界

右ねじの法則②をつかう!

コイルの磁界
親指が磁界の向き
残りの4本(の指が生えている向き)が電流の向き
だね!(右ねじの法則①と指の意味が逆)

以上で解説を終わるよ!
よく頑張ったね!
①磁石によって発生する力を磁力という
空き缶は引き寄せられる
②磁力がはたらいている範囲(空間)を「磁界」という
棒磁石と磁界
③磁界の向きは方位磁針を使うとわかる
方位磁針のN極が指す向きが、磁界の向き
棒磁石のまわりの磁界の向き
⑤磁力線とは磁界の向きをつないだ線
棒磁石と磁力線2
⑥磁力線の感覚が狭いところは磁力が強い
線の間隔が狭いほど磁界は強い
⑦磁力線の向き(磁界の向き)はN極から出て、S極に入る。
U型磁石のまわりの磁力線

まっすぐな導線に流れる電流と磁界

右ねじの法則①

導線を流れる電流による磁界の向きと右ネジん法則②
親指が電流の向き
残りの4本(の指が生えている向き)が磁界の向き

コイルに流れる電流と磁界

右ねじの法則②

コイルの磁界
親指が磁界の向き
残りの4本(の指が生えている向き)が電流の向き
(右ねじの法則①と指の意味が逆)

1回で理解するのは大変だから、何度も読みに来てね!

次のページは「電磁石」を解説するよ!
続けて学習するには下のリンクを使ってね!


それではまたね!
ばいばいー。

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