モーターの仕組みと原理はどのようか。
中学生向けに詳しく解説していきます!
- モーターとは何か
- モーターの仕組みと原理
を学習したい人にオススメ!
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モーターが、苦手で…!
ゆっくり説明するから心配しないで!
このページを読めば5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4ページ目だよ!
ページは下の通りになっているよ。
①~⑤を学習すれば中学2年、磁界の単元は完璧だよ!
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それではモーターの学習スタート!
モーターとは何か
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先生!さっそくですが、モーターって何ですか?
いい質問だね!
モーターが何か分からないのに勉強しても意味ないもんね!
モーターとは、
電流が磁界からうける力を利用して、コイルを回転させる装置
のことなんだ!
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??
わかりにくいね!とりあえず
動画でモーターがどんなものか見てみよう★
2つのせておくね!
モーターの動画①↓(20秒)
モーターの動画②↓(150秒)
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おー。回ってる!
これがモーターか!
そう。これがモーター!
この回転させる仕組みが、
電流が磁界からうける力を利用しているんだね!
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なるほどー!
ポイント
電流?磁界?力?となってしまう人は、前のページのフレミング左手の法則と覚え方を確認してきてください。5分くらいで読めるので、読んできたほうが早いです!
![フレミング左手の法則](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/09/フレミング左手の法則.jpg)
![フレミング左手の法則](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/09/フレミング左手の法則.jpg)
![電磁力と覚える](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電磁力と覚える.png)
![電磁力と覚える](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電磁力と覚える.png)
↑こんなやつ。
OKな人は、このまま進もう!
モーターの仕組みと原理
それではモーターの仕組みを考えていこう!
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なぜ回転するのか気になる!
モーターに必要なものは、
①磁石
![棒磁石](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/棒磁石.png)
![棒磁石](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/棒磁石.png)
②電源
![電池](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電池-704x1024.png)
![電池](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電池-704x1024.png)
③コイル
![コイルの写真2](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/コイルの写真.jpg)
![コイルの写真2](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/コイルの写真.jpg)
の3つだね!
これらを使って下のようなモーターをつくろう!
![モーターとブラシ](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーターとブラシ.png)
![モーターとブラシ](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーターとブラシ.png)
黄色と緑色のものを「整流子」
赤色のものを「ブラシ」というよ。
(後で説明するけど、この2つが接触すると電流が流れるんだ!)
まず磁石に注目しよう。
N極、S極が左右にあり、磁界が発生しているね。
磁界の向きは何極から何極だったか覚えているかな?
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もちろん!N極からS極でしょ?
そうだね!
書き込んでみるね!
![モーター③](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター③.png)
![モーター③](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター③.png)
次に電流の向きを考えよう!
ねこ吉。電流が流れる向きは覚えているかな?
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うん。+極→-極だよね!
0K!バッチリだね!
電流の向きは+極→-極。
ブラシ→整流子→コイル→整流子→ブラシ
と進むよ!
図に書き込んでみるね!
(コイルにはA、B、C、Dと記号をつけたよ)
![モーター⑤](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑤.png)
![モーター⑤](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑤.png)
また、コイルはA→B→C→Dと電流が流れていくね。
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うんうん。OK!
では力がどのように働くかを考えよう。
磁界があるところに、電流が流れると、力が加わってコイルが動くよね!
そして力が加わる向きは、フレミング左手の法則を使えばわかったよね!
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うん!前のページで学習したね。
(イメージ動画↓(10秒))
ではコイルに電流が流れると、どのように力が発生するかを考えよう。
まずは、コイルのA→Bの部分のみに注目して考えるよ!
A→Bでは手前から奥に向かって電流が流れているね
![モーター⑥](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑥.png)
![モーター⑥](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑥.png)
この場合、フレミング左手の法則を使うと
![電磁力と覚える](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電磁力と覚える.png)
![電磁力と覚える](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電磁力と覚える.png)
力は下向きになるね!
![モーターにかかる力1](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーターにかかる力1.png)
![モーターにかかる力1](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーターにかかる力1.png)
![モーター⑦](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑦.png)
![モーター⑦](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑦.png)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
うん。右半分には下向きの力がはたらくんだね!
次は、コイルのC→Dの部分のみに注目して考えるよ!
C→Dでは奥から手前に向かって電流が流れているね
![モーター⑧](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑧.png)
![モーター⑧](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑧.png)
この場合、フレミング左手の法則を使うと
![電磁力と覚える](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電磁力と覚える.png)
![電磁力と覚える](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/電磁力と覚える.png)
力は上向きになるね!
![モーターにかかる力2](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーターにかかる力2-1024x906.png)
![モーターにかかる力2](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーターにかかる力2-1024x906.png)
![モーター⑨](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑨.png)
![モーター⑨](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑨.png)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
左半分には上向きの力がはたらくんだね!
そういうこと。
さて、ここで
左右にかかる力を整理しよう。
右半分には下向きの力、
左半分は上向きの力だね
![モーター⑩](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑩.png)
![モーター⑩](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑩.png)
このような力が左右に加わることで、モーターは回転するんだ!
![モーターの⑪](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑪-300x194.png)
![モーターの⑪](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑪-300x194.png)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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おー!なるほど!!
これがモーターが回る仕組みの基本だよ!
ここまでわかれば、ひとまずOK★
だけど、もっと詳しく学習したい人のために、もう少し解説するね!
下の図から90°回転した状態の「整流子」に注目するよ!
![モーター⑪](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑪-1.png)
![モーター⑪](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑪-1.png)
上の図からコイルと整流子が90°回転すると・・・
コイルが縦(たて)になり、整流子の黄色が上、緑が下になるね!
![整流子の拡大図](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/整流子の拡大図-2.png)
![整流子の拡大図](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/整流子の拡大図-2.png)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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うんうん。
ここがポイント!
整流子が上のように縦になると、ブラシと接触しなくなり、電流の流れが止まるんだ!
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電流は道(回路)が繋がっていないと流れないもんね。
で、電流の流れが止まるとどうなるの?
力がはたらかなくなるんだ。
だけど、回転のスピードがあるから、そのままコイルは半回転するんだよ!
整流子とコイルが半回転した図を見みよう!
![モーター⑫](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑫.png)
![モーター⑫](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑫.png)
どうかな?
ぱっと見は変わらないけれど、整流子やコイルが半回転したから、
黄色と緑の色や、コイルのA~Dが半回転してるね!
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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ほんとだ!
半回転したからだね!
![回転前後の比較](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/回転前後の比較-1024x392.png)
![回転前後の比較](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/回転前後の比較-1024x392.png)
半回転するとどうなるのか?
![モーター⑫](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑫.png)
![モーター⑫](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑫.png)
これはまた、
ブラシ→整流子→コイル→整流子→ブラシ
と電流が流れるんだ!
(コイルはD→C→B→Aの順だね)
![モーター⑬](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑬.png)
![モーター⑬](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑬.png)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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なるほどね。
電流の向きは+→-
だね。
そうなるとまた、力が発生するね!
![モーター⑭](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑭.png)
![モーター⑭](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑭.png)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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おお、また回転するのか
その通り!
さっき説明したように、一瞬整流子とブラシの接続が切れるけど、勢いで回転して、また半周するんだ!
すると下のようになるね。
![モーター⑮](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑮.png)
![モーター⑮](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2019/11/モーター⑮.png)
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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これは始めと全く同じ状態だね!
その通り!
そしてまたコイルが回転を始めるんだ!
このようにして回転し続けるのがモーターの仕組み。
というわけだね!
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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考えた人、天才ー!
ほんとだね!
これでモーターの仕組みと原理の解説は終わりだよ!
またいつでも確認しに来てね☆
次のページは「電磁誘導」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!
また、中学2年では電気回路の学習もするね。
電気回路の学習をしたい人は下のボタンを使ってね!
それではまたね!
![](https://kagakuhannou.net/wp-content/uploads/2023/01/ねこ吉のイラスト-150x150.jpg)
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ばいばいー。
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コメント
コメント一覧 (8件)
いいですねぇ~
ありがとうございます!
まじで超わかりやすいです!来週テストなので助かりました
お役に立ててよかったです!
テストファイトです!
コイルの回転を早くするにはどうすればいいですか?
電流を大きくする
磁力を大きくする
などがありますね!
期末テスト前でプレッシャー大きかったんですけど、先生の記事にお世話になって楽しく勉強できました
色々もやもやしてたことが分かってテストに全力で取り組めそうです
本当にありがとうございます!!
お役に立ててよかったです!
テスト応援しています!!