回転コイル型発電機（自転車ダイナモ）Rotating-Coil Generator (Bicycle Dynamo)

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

1. コイルの面が磁界に垂直(磁力線がいちばん多く通りぬける)の瞬間と、面が磁界と平行(磁力線が通りぬけない)の瞬間では、どちらで誘導電流が大きいと思いますか。Which do you think gives the larger induced current: the instant the coil faces the field head-on (the most field lines pass through it), or the instant the coil is parallel to the field (no lines pass through)?💡 誘導電流は、磁力線の「数」と「数の変わる速さ」のどちらで決まるのでしたか。Is induced current set by the number of field lines, or by how fast that number is changing?
2. 回転数を半分にすると、オシロスコープの波形はどう変わると思いますか。If you halve the rotation speed, how do you think the waveform on the oscilloscope will change?💡 1回転にかかる時間と、磁力線の数が変わる速さの両方を考えてみましょう。Think about both the time for one turn and how fast the number of field lines changes.

2動かしてみようTry it

1. 初期設定(① 回転数 200 rpm、② 磁界の強さ 磁力線6本、③ コイルの巻数 4 回)で、コイルの回転と、オシロスコープの緑の線(電流 I)と黄色の点線(磁束 Φ)を見比べる。With the starting settings (① Speed 200 rpm, ② Field strength 6 lines, ③ Coil turns 4), compare the spinning coil with the green line (Current I) and the yellow dashed line (Flux Φ) on the oscilloscope.
2. 「⏸ 一時停止」を何回か押して止め、そのたびに左下の θ、「鎖交する磁力線」の本数、I∝sinθ の値と、コイルの2本の縦の辺にある赤矢印の向きを読み取る。「▶ 再生」で再開する。Press "⏸ Pause" several times, and each time read θ, "Lines through coil", and I∝sinθ at the lower left, plus the direction of the red arrows on the coil's two vertical sides. Press "▶ Play" to continue.
3. ① 回転数を 100 rpm にして、波の山と山の間隔(横 1目盛 = 0.25 s)と、凡例の「最大値」の値の変化を読み取る。Set ① Speed to 100 rpm and read how the spacing between wave peaks (1 div = 0.25 s) and the "Peak" value in the legend change.
4. ① 回転数を 200 rpm にもどし、③ コイルの巻数を 2 回、次に ② 磁界の強さを変えて、「最大値」と電球の明るさの変化を調べる。Set ① Speed back to 200 rpm, then change ③ Coil turns to 2, and then change ② Field strength, checking how the "Peak" value and the bulb's brightness change.

3確かめようCheck

1. θ が 0° や 180° 付近(コイル面⊥磁界)のとき、鎖交する磁力線と電流 I はどうなっていましたか。When θ was near 0° or 180° (coil ⊥ field), what were the lines through the coil and the current I doing?→ 磁力線は6本すべてがコイルを通りぬけ(Φ が最大)、I∝sinθ はほぼ 0 で、赤矢印は消え電球も暗かった。オシロスコープの上には「面⊥磁界: Φ最大 → I ≈ 0」と表示される。All 6 lines passed through the coil (Φ at its maximum), I∝sinθ was nearly 0, the red arrows vanished, and the bulb was dark. The oscilloscope shows "Coil ⊥ field: Φ max → I ≈ 0".
2. 電流が最大になるのは、黄色の点線(磁束)がどうなっているときですか。When the current is at its maximum, what is the yellow dashed line (flux) doing?→ 磁束が 0 を横切り、いちばん速く変化しているとき(θ = 90°, 270°、面∥磁界)。緑の電流の波は黄色の磁束の波から 1/4 周期ずれている。When the flux crosses 0 and is changing fastest (θ = 90° or 270°, coil ∥ field). The green current wave is shifted by a quarter cycle from the yellow flux wave.
3. コイルの2本の縦の辺の赤矢印の向きは、どんな関係になっていましたか。半回転するとどうなりますか。How were the red arrows on the coil's two vertical sides related? What happens after half a turn?→ 2本の辺の矢印はいつも逆向き(一方が上向きなら他方は下向き)で、コイルを一周する電流になっている。半回転ごとに両方の向きが入れかわり、外の回路の矢印も逆になる。これが交流である。The two sides always point opposite ways (one up, the other down), so the current goes around the coil. Every half turn both arrows reverse, and so do the arrows in the outer circuit. This is alternating current.
4. 回転数を 200 rpm から 100 rpm に、巻数を 4 回から 2 回にしたとき、「最大値」はそれぞれどうなりましたか。What happened to the "Peak" value when you lowered the speed from 200 rpm to 100 rpm, and when you lowered the turns from 4 to 2?→ どちらも約2.0 V から約1.0 V に半分になった。回転数を下げたときは、波の間隔も約0.3 s(約1.2目盛)から約0.6 s(約2.4目盛)に長くなった。Both halved the peak, from about 2.0 V to about 1.0 V. Lowering the speed also stretched the wave period from about 0.3 s (about 1.2 div) to about 0.6 s (about 2.4 div).

4考えようThink further

1. 自転車をゆっくりこぐとダイナモのライトが暗く、速くこぐと明るくなるのはなぜでしょうか。Why is a bicycle dynamo light dim when you pedal slowly and bright when you pedal fast?→ 速くこぐとコイル(または磁石)の回転が速くなり、コイルを通る磁力線の数が変わる速さが大きくなるので、誘導電流(電圧)が大きくなるから。同時に電流の向きが入れかわる回数(周波数)も増える。Pedaling faster spins the coil (or magnet) faster, so the number of field lines through the coil changes faster, which makes the induced current (voltage) larger. The number of direction reversals per second (frequency) also increases.

よくある誤解Common misconceptions

• 「コイルを通る磁力線がいちばん多いときに電流もいちばん大きい」という誤解。電流は磁力線の数が変化する速さで決まり、磁力線が最も多い瞬間は変化が止まるので電流は 0 になる。"The current is largest when the most field lines pass through the coil." Current depends on how fast the number of lines changes; at the instant of maximum flux the change stops, so the current is 0.
• 「回転数を変えると波の間隔だけが変わる」という誤解。速く回すと周期が短くなるだけでなく、振幅(最大値)も大きくなる。"Changing the speed only changes the spacing of the waves." Spinning faster shortens the period and also increases the amplitude (peak).

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