中学受験の理科 電流と磁力線~これだけ習得すれば基本は完ペキ!

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中学受験の理科【偏差値アップの勉強法】合格のカギは4つだけ!

                          

2018/11/05

00 方位磁針(GIF)

方位磁針のN極は、磁力線が進む方向に向きます。地球は大きな磁石(北極がS極で南極がN極)のような性質をもっています。人の目に見えない磁力線は、N極(南極)からS極(北極)に向かって進むので、地球のどこにいても方位磁針のN極は北(S極)をさします。

わたり鳥は北から南へ、南から北へ、「めじるし」もない海の上を飛び続けて目的地にたどりつくことができます。昼は太陽、夜は星を「めじるし」にしているといわれています。でも「くもり」や「雨」の日は、太陽も星も見えません。最近の研究では、どうやら磁力線を脳で感じることができるようなのです。

 

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電流と磁力線

電流が流れると、磁石のまわりと同じ磁力線が発生します。その向きは「右ねじ」方向です。皆さんのまわりにある「ねじ」は、ほとんどが「右ねじ」です。水道の「じゃぐち」を見てください。上から見て右(時計回り)にまわすと下に進んで水は止まります。左(反時計回り)にまわすと手前にもどって水は止まります。進む時には右(時計回り)にまわります。

01 磁力線の向き(GIF)

図1を見てください。「電流が進む方向」と「磁力線の方向」との関係は、「右ねじ」と同じです。これを右手にあてはめます。右手親指のさす方向が電流の向きだとすれば、右手4本指のさす方向が磁力線の向きです。電流が大きいほど、磁力線も強くなります。

左の図を上から見た様子が、右図です。真ん中が導線で、向こうから手前に向かって電流が流れています。磁力線は、反時計まわりに向かっています。その時、図のA・B・C・D点における磁力線は、矢印の方向に向かって進んでいます。これらの矢印の向きは、方位磁針がA・B・C・D点にある時のN極が向く方向を意味します。この関係が、とても大事です。

方位磁針のN極が向く方向は、「地球の磁力線」と「電流による磁力線」との組み合わせで決まります。電流が流れていなければ、N極は当然「北」を向きます。電流が流れると、北よりも図の矢印方向に傾きます。電流が非常に大きくて、もともとある地球の磁力線よりもはるかに強い磁力線が発生していれば、方位磁針のN極は完全に図の矢印方向をさします。

図1の関係が理解できれば、磁力線の問題はほとんど解けるでしょう。頭で理解するのではなく、実際に自分の右手を使って、徹底的に身につけてください。これから先は、すべて図1を理解している事を前提にして進めていきます。

電流と磁力線と方位磁針:その1

02 方位磁針の動き(GIF)

何もなければ、方位磁針のN極は北を向いています(上図の左)。

右上図は方位磁針の手前に導線があり、上向きに電流が流れています。方位磁針の位置は先ほどの図1のA点にあたりますから、電流による磁力線は西方向に向かっており、N極も少し西方向に傾きます。

右下図は方位磁針の向こう側に導線があり、上向きに電流が流れています。方位磁針の位置は先ほどの図1のC点にあたりますから、電流による磁力線は東方向に向かっており、N極も少し東方向に傾きます。

「なるほどー」と思うだけでなく、必ず自分の右手で確認しながら進めてください。試験本番で点を取るためには、修得するまで練習をする以外に方法はありません。

 

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電流と磁力線と方位磁針:その2(下図の左)

03 方位磁針の動き2(GIF)

導線は方位磁針の手前にあります。方位磁針が先ほどの図1のA点にあたると考えれば、電流による磁力線の向きは北方向になります。地球の磁力線の向きと同じですから、N極は北を向いたままです。地球の磁力線(北向き)が、電流によって少し強まった感じです。

電流の向きが逆であれば、電流による磁力線の向きは南方向になります。地球の磁力線が少し弱まった感じで、北を向いたままとなります。

電流と磁力線と方位磁針:その3(上図のまん中)

左の導線も右の導線も、方位磁針の手前にあります。左の導線に流れる電流による磁力線は西方向で、右の導線に流れる電流による磁力線は東方向ですから、お互いに打ち消しあって結局N極は北を向きます。

電流と磁力線と方位磁針:その4(上図の右)

左の導線は方位磁針の手前にあり、右の導線は方位磁針の向こう側にあります。左の導線に流れる電流による磁力線は西方向で、右の導線に流れる電流による磁力線も西方向ですから、お互いに強めあって結局N極は西方向に大きく傾きます。

電流と磁力線と方位磁針:その5

04 方位磁針の動き3(GIF)

上図の方位磁針は、すべて導線の向こう側にあります。

1 N極の傾く向きが、Aと同じものはどれでしょうか。
2 ふれはばが、Aと同じものはどれでしょうか。
3 ふれはばが、最も小さいのはどれでしょうか。

電気回路の基本を固めておく必要がある問題です。
電流の大きさは、Aが2、Bが1、Cが0.5、Dが1、Eは1が2本で強め合います。

1の答え:C、D
2の答え:E
3の答え:C

電流と磁力線と方位磁針:まとめ

1 「電流の方向」と「磁力線の方向」との関係は、右ねじと同じです。
2 方位磁針のN極の向きは、2つの磁力線(地球・電流)の組み合わせで決まります。
3 2つの組み合わせの結果、北向きのままの場合と、東西に傾く場合があります。
4 東西に傾く時、複数の電流で磁力線を強めあう場合と、弱めあう場合があります。
5 磁力線を強めあう場合は傾きが大きくなり、弱めあう場合は傾きが小さくなります。

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