電磁石の磁界と方位磁針Electromagnet Field and Compasses

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

1. コイルに流す電流の向きを逆にすると、コイルのN極とS極はどうなると思いますか。If you reverse the direction of the current in the coil, what do you think happens to the coil's N and S poles?💡 右ねじの法則では、電流の向きと磁界の向きはどのような関係でしたか。In the right-hand screw rule, how are the direction of the current and the direction of the magnetic field related?
2. コイルの中に鉄心を入れると、磁界の強さはどうなると思いますか。What do you think happens to the strength of the magnetic field when you put an iron core inside the coil?💡 鉄は磁石に引きつけられ、自分も磁石になることがある物質です。Iron is a material that is attracted to magnets and can itself become magnetized.

2動かしてみようTry it

1. 初期設定(電流の強さ 1.50 A、コイルの巻き数 10回、鉄心あり)で、磁力線の形と13個の方位磁針の赤い針(N極)の向きを観察する。コイルの中と外で磁力線の向きを比べる。With the starting settings (Current 1.50 A, Number of coil turns 10, Iron core checked), look at the shape of the field lines and where the red needles (N pole) of the 13 compasses point. Compare the field direction inside and outside the coil.
2. 「電流の向きを反転」を押し、導線の断面の×と・、コイル両端のN・S、方位磁針の向きがどう変わるかを確かめる。Press "Reverse current" and check how the × and • marks on the wire cross-sections, the N/S labels at the coil ends, and the compass needles change.
3. 「鉄心あり」のチェックを外し、上部の「磁界の強さ(相対)」と「磁力線」の本数の変化を読み取る。そのまま「電流の向きを反転」を押し、鉄心ありのときと比べて方位磁針の針が落ち着くまでの様子を比べる。Uncheck "Iron core" and read how "Field strength (rel.)" and the number of "Field lines" at the top change. Then press "Reverse current" and compare how quickly the compass needles settle with how they settled with the iron core.
4. 「鉄心あり」にもどし、「電流の強さ」を 3.00 A、「コイルの巻き数」を 20回にして磁力線の密さを見る。最後に「電流の強さ」を 0.00 A にして、磁力線とN・Sの表示がどうなるかを確かめる。Check "Iron core" again, set "Current" to 3.00 A and "Number of coil turns" to 20, and look at how crowded the field lines are. Finally set "Current" to 0.00 A and see what happens to the field lines and the N/S labels.

3確かめようCheck

1. 初期設定で、コイルの中の方位磁針はどちらを向いていましたか。コイルの外側(上や下)の方位磁針と比べてどうですか。In the starting settings, which way did the compasses inside the coil point? How does that compare with the compasses outside the coil (above and below)?→ コイルの中の3個はすべて右(S極側からN極側)を向いて平行にそろっていた。外側の方位磁針は、N極から出てS極へもどる曲がった磁力線にそって向いており、コイルの真上・真下ではほぼ左向きになる。The three compasses inside all pointed right (from the S end toward the N end), parallel to each other. The outside compasses follow the curved field lines that leave the N end and return to the S end, so directly above and below the coil they point roughly left.
2. 「電流の向きを反転」を押すと何が入れかわりましたか。What swapped when you pressed "Reverse current"?→ 上の導線が・から×に、下の導線が×から・に変わり、N極が右から左に移った。すべての方位磁針も逆向きにふれて、新しい磁力線の向きにそろった。The top wires changed from • to × and the bottom wires from × to •, and the N pole moved from the right end to the left end. Every compass swung around and lined up with the new field direction.
3. 鉄心をなくすと、「磁界の強さ(相対)」と磁力線の本数はどうなりましたか。What happened to "Field strength (rel.)" and the number of field lines when you removed the iron core?→ 磁界の強さは 0.75 から 0.25(3分の1)に、磁力線は 6本から 2本に減った。電流の向きを反転したあと、鉄心なしでは針がゆっくり大きくゆれて、落ち着くまでに時間がかかった。Field strength dropped from 0.75 to 0.25 (one third) and the field lines from 6 to 2. After reversing the current without the core, the needles swung slowly and took longer to settle.
4. 電流 3.00 A・巻き数 20回・鉄心ありのときと、電流 0.00 A のときの様子を比べよう。Compare the display at 3.00 A, 20 turns, iron core with the display at 0.00 A.→ 3.00 A・20回では磁界の強さ 3.00、磁力線 24本でとても密になった。0.00 A にすると磁力線は 0本になって消え、N・Sの表示のかわりに「電流 0: 磁界なし」と表示された。At 3.00 A and 20 turns, field strength was 3.00 with 24 field lines, very crowded. At 0.00 A the field lines dropped to 0 and disappeared, and "Current 0: no magnetic field" was shown instead of N/S.

4考えようThink further

1. モーターや電磁石クレーンには、永久磁石ではなく電磁石が使われることがあります。電磁石の便利な点を、このシミュレーションで確かめたことをもとに説明しよう。Motors and electromagnet cranes sometimes use electromagnets instead of permanent magnets. Using what you saw in the simulation, explain what makes electromagnets useful.→ 電流を切れば磁界をなくせる、電流の向きを変えればN極とS極を入れかえられる、電流・巻き数・鉄心で強さを調節できる、という点。クレーンは電流を切って鉄を離し、モーターは電流の向きを切りかえて回り続ける。You can switch the field off by stopping the current, swap N and S by reversing the current, and adjust the strength with the current, the turns, and an iron core. A crane releases iron by cutting the current, and a motor keeps turning by switching the current direction.

よくある誤解Common misconceptions

• 「磁力線はN極から出てS極で終わる」という誤解。コイルの中では磁力線はS極側からN極側へ向かって通りぬけ、全体として切れ目のない閉じた線になっている。"Field lines start at N and end at S." Inside the coil the lines run from the S end to the N end, so each field line is a closed loop with no ends.
• 「コイルの極は巻き方だけで決まり、電流の向きとは関係ない」という誤解。同じコイルでも電流の向きを変えるとN極とS極が入れかわる。"A coil's poles depend only on how it is wound, not on the current." Reversing the current in the same coil swaps its N and S poles.

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