0,001 sekunnin taistelu! Itseinduktion luoma hidas sähkö ja sen mysteeri (Itseinduktio-koe)

Täällä tiedevalmentaja Kuwako Ken. Jokainen päivä on koe.

Oletko kuullut sanan “amanojaku” – tyyppi, joka tekee tahallaan päinvastoin? Sähkön maailmassa on oikeasti olemassa hauska komponentti, joka “inhoaa muutosta” ja yrittää toimia päinvastoin kuin sille sanotaan. Se on kela. Kun kytkin laitetaan päälle, se ikään kuin sanoo “älä ala virrata!” ja jarruttaa. Kun kytkin katkaistaan, se taas vastustaa pysähtymistä: “älä lopeta!”

Tällä kertaa paljastamme kelan käyttäytymisen millisekunnin tuhannesosan tarkkuudella – ilmiön, jota ei voi nähdä paljain silmin – käyttämällä tarkkaa sensoria.

Vastahakoinen komponentti? Itseinduktion ihme

Kun sähköpiiriin lisätään kela, virta ei muutu kytkintä painettaessa äkillisesti, vaan kasvaa ja pienenee pehmeästi. Tätä ilmiötä kutsutaan itseinduktioksi. Kun kelassa kulkeva virta muuttuu nopeasti, kelan läpi kulkeva magneettivuo muuttuu myös nopeasti. Kela “inhoaa” tätä äkillistä muutosta ja synnyttää sitä vastaan vaikuttavan jännitteen, vastajännitteen. Se muistuttaa sähköistä inertiaa. Vaikka ilmiö löytyy oppikirjoista, se tapahtuu niin nopeasti, että tavallisilla mittareilla sitä on vaikea havaita.

Siksi käytimme tällä kertaa tarkkaa sensoria “EasySense V-Hub” ja teimme hetkellisestä ilmiöstä näkyvän. Myös Go-Direct -virtasensori on hyvä vaihtoehto.

Tieteen resepti: valmistelut

Näkymättömän sähkön liikkeen havaitsemiseen tarvitaan tarkat välineet.

Tarvikkeet
• Vastuksia (20 Ω) × 3
• Kela (0.05 H)
• Kytkin (painokytkin on kätevä)
• Leipälauta ja hyppyjohdot
• AA-paristoja × 2 (3.0 V) + paristokotelo
• EasySense V-Hub
• Virtasensori (100 mA tai 1 A)

EasySense V-HUB

Koe alkaa! Tehdään itseinduktio näkyväksi

① Rakenna seuraavanlainen piiri. Tärkeä kohta on liittää EasySense-virtasensori siihen kohtaan, johon virtamittari normaalisti tulisi.

Piirin rakentamiseen käytettiin leipälautaa. Se on helppokäyttöinen ja kokeissa lähes välttämätön.

② Seuraavaksi asetetaan mittaus niin, ettei hetkellinen muutos jää huomaamatta.
• Mittausaika: 500 ms (0,5 s)
• Näytteenottoväli: 2000/500 μs
• Triggeri: tallennus alkaa, kun virta ylittää 15 mA (esitriggeri 25%)

Tämä triggeriasetus on tärkeä. Se tallentaa tilanteen juuri ennen ja jälkeen kytkimen painalluksen, jolloin virran nousu näkyy selvästi.

③ Kun kaikki on valmista, paina kytkintä ja aloita mittaus.

Tulokset paljastavat kelan “luonteen”

Katsotaan kuvaajaa. Pystyakseli näyttää virran (mA) ja vaaka-akseli ajan.

Sininen viiva on ilman kelaa (vain vastukset). Virta nousee lähes pystysuoraan heti, kun kytkin suljetaan.
Punainen viiva näyttää tilanteen, jossa kela on mukana. Virta kasvaa hitaasti viistosti – selvä merkki siitä, että kela vastustaa äkillistä muutosta vastajännitteen avulla.

Pieni ero maksimiarvoissa voi johtua kelan omasta resistanssista (kuparilangan vastus). Tällaiset “epätäydelliset, mutta todelliset” tulokset tekevät kokeista erityisen kiinnostavia.

Syvemmälle: mitä tapahtuu, kun kytkin katkaistaan?

Itseinduktio ei näy vain kytkintä suljettaessa. Aseta virtasensori seuraavan piirin mukaisesti:

Katkaise kytkin, kun virta kulkee. Nyt kela yrittää pitää virran käynnissä ja “työntää” sitä samaan suuntaan kuin ennen.

Tästä syystä kytkintä katkaistaessa voi joskus syntyä kipinä. Kela todella vihaa muutoksia.

Kelan maailmassa riittää muitakin kiehtovia ilmiöitä, kuten kondensaattorin kanssa syntyvä sähköinen värähtely. Kokeile itse ja kurkista näkymättömään sähköön sensoreiden avulla.

電気が奏でるリズムを捕まえろ！V-Hubで挑む「電気振動」可視化大作戦(V-Hub8)

Yhteydenotot ja pyynnöt

Tuo tieteen ihmeet lähemmäksi arkea! Sivustolta löydät helppoja kotikokeita ja vinkkejä niiden toteuttamiseen. ・Sivuston sisällöstä on julkaistu myös kirja. Katso lisää täältä ・Lisätietoa tekijästä täältä ・Tilaukset (kirjoitukset, luennot, työpajat, TV-yhteistyö jne.) täältä ・Uusimmat artikkelit löytyvät myös X:stä!

Tiedekanavalla julkaistaan kokeita videona!

NEW　分解問題集　理科

• ７月２１日発売！『高校入試 分解問題集 理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。

７月のイチオシ実験！

夏でプシュッと爽やか実験！

小型で持ち帰れるよ！ペットボトルロケットを作ろう！

テレビ番組監修・イベント等のお知らせ

• ７月１８日（土）「TIF　presents　ONE　SONG　FES. 」（フジテレビ）
• 7月18日（土）　教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」
• 7月23日（木）科学監修　19:00〜　THE突破ファイル（日本テレビ）
• ７月３０日（水）　監修したテレビ番組放送予定
• 12月26日（土）　ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催

書籍のお知らせ

• 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
• 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）…　高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。

各種SNS（更新情報をお届け！）

【日本語】X(Twitter)／instagram／Facebook　【英語】BlueSky／Threads

Explore

• 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
• 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
• Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
• 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
• 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
• About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
• お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。