磁石を動かして起こる電磁誘導Electromagnetic Induction by Moving a Magnet

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 磁石をコイルの中に入れたまま止めておくと、検流計の針はどうなると思いますか。If you leave the magnet sitting still inside the coil, what do you think the galvanometer needle will do?💡 電流が流れるのは「磁石がある」ときでしょうか、それとも「コイルの中の磁界が変わっている」ときでしょうか。Does current flow when a magnet is simply present, or when the magnetic field inside the coil is changing?
2. 磁石を入れるときと引き出すときで、針がふれる向きは同じだと思いますか、逆だと思いますか。Do you think the needle swings the same way when you push the magnet in as when you pull it out, or the opposite way?💡 入れるときと出すときで、コイルの中の磁界は「増える」「減る」のどちらになるか考えてみましょう。Think about whether the magnetic field inside the coil increases or decreases when pushing in and when pulling out.

2動かしてみようTry it

1. 「自動デモ（出し入れをくり返す。ボタンを押すと解除）」のチェックを外し、磁石が止まっているときの「誘導電流 I」が 0.00 mA で、検流計の針が中央にあることを確かめる。Uncheck "Auto demo (moves in and out again and again; pressing a button stops it)" and confirm that while the magnet is still, "Induced current I" reads 0.00 mA and the galvanometer needle is at the center.
2. 初期設定(磁石の移動速度 2.0倍、コイルの巻数 60回、磁石の強さ 4.0)のまま「磁石を挿入 →」を押し続け、針のふれ・コイル上の緑の矢印・下の波形を観察する。途中でボタンを離し、すぐに電流が 0 になることを確かめる。With the starting settings (Magnet speed 2.0×, Coil turns 60 turns, Magnet strength 4.0), hold down "Push magnet in →" and watch the needle, the green arrows on the coil, and the graph at the bottom. Let go partway and check that the current immediately drops to 0.
3. 「← 磁石を引き出す」を押し続け、電流の符号、針のふれる向き、コイル両端の誘導された極(N・S)、紫の「コイルの磁場」の矢印が挿入のときとどう変わるかを比べる。Hold down "← Pull magnet out" and compare with pushing in: the sign of the current, the needle direction, the induced poles (N/S) at the coil ends, and the purple "Coil's field" arrow.
4. 「磁石の移動速度」を 1.0倍、「コイルの巻数」を 50回、「磁石の強さ」を 2.0 にして「磁石を挿入 →」を押し、電流の値を記録する。次に速度だけを 2.0倍にして同じ操作をし、値を比べる。巻数や強さだけを2倍にした場合も試す。Set "Magnet speed" to 1.0×, "Coil turns" to 50 turns and "Magnet strength" to 2.0, hold "Push magnet in →" and record the current. Then change only the speed to 2.0× and repeat. Also try doubling only the turns or only the strength.

3確かめようCheck

1. 磁石がコイルの中で止まっているとき、誘導電流と検流計の針はどうなっていますか。When the magnet is stopped inside the coil, what are the induced current and the galvanometer needle doing?→ 誘導電流は 0.00 mA で、針は中央(0)にもどり、コイル上の矢印も消える。波形も 0 の線の上を平らに進む。The induced current is 0.00 mA, the needle returns to the center (0), and the arrows on the coil disappear. The graph runs flat along the 0 line.
2. 挿入するときと引き出すときで、電流の向きはどう違いましたか。How did the direction of the current differ between pushing in and pulling out?→ 挿入中は ＋4.80 mA(針は右、波形は上)、引き出し中は −4.80 mA(針は左、波形は下)で、向きが逆になった。大きさは同じ速さなら同じだった。Pushing in gave +4.80 mA (needle right, graph up); pulling out gave −4.80 mA (needle left, graph down). The direction reversed, but the size was the same at the same speed.
3. 挿入しているとき、コイルの左端(磁石に近い側)は何極になっていましたか。それは磁石の動きに対してどんなはたらきをしますか。While pushing in, which pole appeared at the coil's left end (the end facing the magnet)? How does that act on the magnet's motion?→ 左端はN極になり、近づいてくる磁石のN極と反発して、入ってくるのをおし返す向きになる。引き出すときは左端がS極になり、磁石のN極を引きもどす向きになる。The left end became an N pole, which repels the approaching N pole of the magnet and pushes it back. When pulling out, the left end became an S pole, which attracts the magnet's N pole and pulls it back.
4. 速度 1.0倍・巻数 50回・強さ 2.0 から、速度だけを 2.0倍にすると電流はどうなりましたか。Starting from speed 1.0×, 50 turns, strength 2.0, what happened to the current when you changed only the speed to 2.0×?→ 1.00 mA から 2.00 mA になり、ちょうど2倍になった。巻数や磁石の強さを2倍にしても同じように2倍になる(式: 速度×巻数×強さ÷100)。It went from 1.00 mA to 2.00 mA, exactly double. Doubling the turns or the strength also doubles it (formula: speed × turns × strength ÷ 100).

4考えようThink further

1. 磁石を入れるとき、コイルが磁石をおし返す向きに磁界をつくるのはなぜでしょうか。もし逆に引きこむ向きだったら何が起こるか考えてみよう。Why does the coil make a field that pushes back on the magnet when it is pushed in? Think about what would happen if it pulled the magnet in instead.→ 引きこむ向きだと、磁石は勝手に加速してさらに大きな電流が流れ、何もしなくてもエネルギーがどんどん生まれることになり、エネルギーの保存に反する。実際には動きをさまたげる向き(レンツの法則)なので、電流を得るには磁石を動かす仕事が必要になる。If it pulled the magnet in, the magnet would speed up on its own, making ever larger currents and creating energy from nothing, which breaks conservation of energy. Because the induced field opposes the motion (Lenz's law), you must do work moving the magnet to get electrical energy.
2. 手回し発電機では、なぜ回し続けると電流が流れ続け、しかも向きが交互に変わるのでしょうか。In a hand-crank generator, why does current keep flowing while you keep turning it, and why does its direction keep alternating?→ 回転によってコイルの中の磁界が増えたり減ったりを連続してくり返すので、誘導電流が流れ続ける。磁石を入れる・出すときに向きが逆になったのと同じで、増えるときと減るときで電流の向きが入れかわる(交流)。Rotation keeps making the field inside the coil increase and decrease over and over, so induced current keeps flowing. Just as pushing in and pulling out gave opposite currents, increasing and decreasing field give opposite directions, so the current alternates (AC).

よくある誤解Common misconceptions

• 「磁石がコイルの中にあれば電流が流れる」という誤解。実際は磁界が変化している間だけ流れ、止めると 0 になる。"If a magnet is inside the coil, current flows." In fact current flows only while the field is changing; it is 0 when the magnet stops.
• 「電流の向きは磁石の極だけで決まる」という誤解。同じN極でも、近づけるか遠ざけるかで電流の向きは逆になる。"The current direction depends only on which pole is used." With the same N pole, pushing in and pulling out give opposite currents.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)