電磁誘導には物語がある!発電機とモーターの2パターン

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。このサイトで科学を一緒に楽しみましょう。 

よくある電磁誘導の問題には、カタカナの「コ」の形をした回路がよく出題されます。このコの字型の回路の問題には、同じように見えるのですが、実は2パターンの問題があります。

このように抵抗がついていて、外から棒を引っ張るパターンと、

このように電池がついている問題です。

抵抗がついているほうは発電機!電池がついているほうはモーター!なのです。ですから解き方もちょっと違うため、よく混乱しがちです。そこで動きがよく分かる動画と漫画教材を作りました。

こちらが抵抗の方です。問題も作りましたので、生徒でわからない人は解いてみてください

①外力によって棒がうごくと(加速)、②棒とともに右に動く粒子がローレンツ力(f=qvB)によって力を受け棒が電池になり(V=BLv)、③回路に電流が流れます(I=V/R)。④すると流れた電流が磁場から力を受け(F=LIB)、⑤棒にブレーキがかかかります。⑥最終的には、電流が磁場から受ける力と張力がつりあい、棒は加速から等速へと移ります。回路に電流は流れ続けています。この装置は発電機です。

※ 実際は電子が動くのですが、電子と同じ電気量を持つ+の粒子が逆向きに動くということで考えています。

そしてこちらが電池の方です。問題も作りましたので、生徒でわからない人は解いてみてください

①電池がついていているので、回路に電流が流れると、電流が磁場から力を受けて棒が右に動きます(F=LIB)。②すると棒の中にある+の粒子は、棒とともに右に動く速度の成分もあるので、手前にローレンツ力(f=qvB)を受けます。③そのため、全体の流れを留めるような起電力を持ちます(V=BLv)。④最終的には、棒の速度にあわせて電池の電圧と起電力が等しくなり、回路に電流が流れなくなり、棒は加速から等速へと移ります(回路の中にさらに抵抗がついている場合は除きます)。この装置はモーター(リニア)です。

※ 実際は電子が動くのですが、電子と同じ電気量を持つ+の粒子が逆向きに動くということで考えています。

どちらの問題なのかを考えながら解いてみましょう。

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