Miksi laite latautuu pelkästä asettamisesta? Käämit ja magneettikenttä paljastavat langattoman latauksen salaisuuden
Hei, olen tiedevalmentaja Ken Kuwako. Jokainen päivä on koe!
Puhelimen akku on lopussa! Mutta Lightning-kaapeli ei löydy mistään… Kun tilanne on näin tukala, ja pöydällä odottaakin yllättäen langaton laturi, tekee mieli huutaa: ”Pelastus!”
Mutta jos asiaa miettii tarkemmin, se on aika outoa. Mitään kaapelia ei ole kytketty, ja silti sähkö kulkeutuu puhelimeen, kun sen vain laskee laturin päälle. Miten se on mahdollista?
Tämä tuntuu melkein taikuudelta, mutta ilmiön selittää fysiikan laki, joka löydettiin jo noin 200 vuotta sitten.
Kurkistetaan langattoman laturin sisään
Kun langattoman laturin purkaa osiin, sen sisältä paljastuu käämi.
Myös puhelimen sisällä on samanlainen käämi. Tässä kuva puhelimesta purettuna.
Langaton lataus toimii siis näin: kaksi käämiä, yksi lähettämässä ja toinen vastaanottamassa sähköä, asettuvat vastakkain. Suunnittelin yhdessä harjoittelijaopettaja I:n kanssa oppitunnin, jossa tämän ilmiön arvoitusta ratkotaan. Oppilaat saivat pohtia asioita paljon itse, ja mielestäni tunnista tuli todella hauska.
Kokeessa käytetyt välineet
Tarvitset seuraavat välineet.
Yleismittarin, Pascal-johdon (kutsutaan tässä paksuksi käämiksi), emalilankanippun (kutsutaan tässä ohueksi käämiksi) ja virtalähteen.
Pascal-johto on ostettu tästä tuotteesta:
Fuji Electric Wire Industry VCTF 0,3 mm² × 6-johtiminen
Tällä kertaa käytin kuusijohtimista versiota. Leikkaa johto metrin pituisiin pätkiin ja liitä päät toisiinsa niin, että jokaisessa liitoksessa siirrytään yhden johtimen verran eteenpäin. Näin syntyy käämi, jossa on kuusi kierrosta. Käytännössä kuuden metrin mittainen johto on siis muutettu käämiksi.
Johto ei kuumene, vaikka siinä kulkisi jopa 3 ampeeria, joten se on turvallinen.
Lisätietoa Pascal-johdosta löydät täältä.
Rakennetaan sähkön lähettäjä ja vastaanottaja
Paksu käämi kytketään virtalähteen tasavirtaan, ja oppilaille kerrotaan, että virtaa saa syöttää enintään 3 ampeeria. Tämä on laturin (lähettävän puolen) malli.
Ohut käämi puolestaan kytketään yleismittariin, ja siitä tulee puhelimen (vastaanottavan puolen) malli. Mittari asetetaan mittaamaan tasavirtaa, ja mittausalueeksi valitaan mikroampeerit (μA), jotta se havaitsee aivan pienimmätkin virrat.
Kulkeeko virta vain sillä hetkellä, kun käämi asetetaan paikalleen?
Kun ohut käämi asetetaan paksun käämin päälle, virta ei jää kulkemaan, mutta juuri sillä hetkellä, kun käämi laskeutuu paikalleen, mittarin neula nytkähtää, ja virta kulkee. Näytin tämän oppilaille demonstraatiokokeena.
Jos virta kuitenkin sammuu heti käämin asettamisen jälkeen, kyse ei ole langattomasta latauksesta. Siksi kysyin oppilailta: ”Miten saisimme virran kulkemaan toisessa käämissä jatkuvasti?” He muodostivat hypoteeseja ja kokeilivat niitä käytännössä.
Oppilaiden omaperäiset ratkaisuyritykset
Oppilaat kokeilivat monenlaisia tapoja. Jotkin ryhmät laskivat ohuen käämin paksun käämin päälle, jossa kulki 3 ampeerin virta, ja liikuttivat sitä pystysuunnassa. Toiset taas siirtelivät sitä vaakasuunnassa.
Käämiä pyöritettiin ja liikkeen nopeutta muutettiin, ja jokainen ryhmä totesi saman asian: virta kulkee niin kauan kuin käämiä liikutetaan. Syy on se, että liikkeen aikana käämin läpi kulkeva magneettikenttä muuttuu koko ajan.
Tulokset jaettiin koko luokan kesken.
Ehdotuksia olivat:
・Viedään ohutta käämiä lähemmäs ja kauemmas.
・Käännetään säätönuppia jatkuvasti (kytketään virta päälle ja pois).
・Pyöritetään paksua käämiä ohuen käämin sisällä.
Virran kytkeminen päälle ja pois voisi vahingoittaa virtalähdettä, joten ohjeistin oppilaita kääntämään nuppia, jolloin virta saadaan päälle ja pois turvallisesti.
Todellisessa langattomassa latauksessa puhelinta ei kuitenkaan voi pitää jatkuvasti liikkeessä käsin. Miten magneettikenttä saadaan muuttumaan koko ajan ilman, että käämejä liikutetaan?
Tämä on uusi kysymys.
Entä jos vaihdamme vaihtovirtaan?
Kun ideoita jaettiin luokassa, joku ehdotti vaihtovirtaa. Kokeillaan sitä! Vaihtovirrassa virran suunta vaihtuu kymmeniä kertoja sekunnissa. Joka kerta, kun suunta vaihtuu, myös magneettikenttä muuttuu, joten kenttä saadaan muuttumaan jatkuvasti ilman, että käämejä tarvitsee liikuttaa.
Jännite on 2 volttia. Kun käämi tuodaan lähelle, virta todella kulkee koko ajan. Kun mittari vaihdetaan vaihtovirran mittaukseen, nähdään, että virtaa kulkee melko paljon.
Virta kulkee, vaikka käämin nostaa vähän kauemmas.
Ja vielä: virta kulkee, vaikka väliin laittaisi kätensä! Magneettikenttä läpäisee kehomme ja jatkaa matkaansa.
Oppilaiden joukosta kuului ihastuneita huudahduksia: ”Vau!”
Selitetään ilmiö magneettikentän avulla
Lopuksi pyysin oppilaita vielä kerran miettimään, miten langaton lataus toimii. Painotin, että selityksessä pitää käyttää sanaa ”magneettikenttä”. Oppilaat pohtivat ahkerasti ja kokosivat ajatuksensa yhteen.
Muuten, tämä sähkömagneettisen induktion periaate ei ole käytössä pelkästään langattomassa latauksessa. Se toimii myös sähköhammasharjojen latauksessa, induktioliesissä ja joukkoliikenteen matkakorteissa, eli monissa arkipäivän paikoissa.
Tässä vielä sivuhuomautuksena: sytytin LEDin palamaan keskinäisinduktion avulla.
Yhteydenotot ja toimeksiannot
Haluamme tuoda tieteen ihmeet ja ilot lähemmäs arkea! Blogiin on koottu helposti ymmärrettävästi hauskoja tiedekokeita, joita voi tehdä kotona, sekä vinkkejä niiden onnistumiseen. Kokeile hakea vapaasti eri aiheita!
・Tiedon ideapankki -blogin sisällöstä on tehty kirja. Lisätietoja täältä
・Blogin ylläpitäjästä Ken Kuwakosta lisää täällä
・Toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, kokeilukurssit, TV-asiantuntijuus ja esiintymiset jne.) täältä
・Artikkelien päivitystiedot jaetaan X:ssä!
Tiedon ideakanava julkaisee kokeiluvideoita!
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- 「ネイチャーティーチャー」（TBS）に出演しました。Tverにて11月3日（火）まで配信中です。
- サタプラ（MBS）にて「日常に潜む！ピンチ脱出法について」のコーナーに出演しました。Tverにて11月7日（土）まで配信中です。
- 11月4日（水） ZIP（日本テレビ）7:20頃放送予定（科学監修）
- 11月27日（金） テレビ監修番組放送予定
- 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
１１月のイチオシ実験！
どうして結露は起こるのか？結露を防ぐためには？実験で確かめよう！
書籍のお知らせ
- 『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。
『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。
Ei johtoa, silti syttyy! Käämin päällä oleva LED välähtää hetkeksi – keskinäisinduktion ihme
Pelkkä astianpesuaine ja ikkunan huurre katoaa?! Vesipisaroiden leviämisen tieteellinen salaisuus
Yksi hakaneula ja staattinen sähkö katoaa?! Yllättävä niksi, joka estää sen pistävän “räts!”-iskun
[Tieteellinen asiantuntija] Miksi hiukset nousevat pystyyn? Puksipuukampa tuottaa vain noin kymmenesosan muovikammen staattisesta sähköstä!
Mikä on langattoman latauksen salaisuus? Purin laturin palasiksi!
Miksi laite latautuu pelkästä asettamisesta? Käämit ja magneettikenttä paljastavat langattoman latauksen salaisuuden
[Esiintyminen] Voiko alakerran television käynnistää yläkerrasta? Kolmen peilin kaukosäädinkokeen tiede (TBS:n “Nature Teacher”)
Tieteen taikaa: sähkömagneettinen induktio on mieletöntä! Näin Suica, PASMO ja muut kontaktittomat kortit toimivat
Eikö punainen?! Violetiksi, vihreäksi ja siniseksi muuttuva “sateenkaari-ammoniakkisuihkulähde”
