リニアモーターの研究
２年Ｃ組 小掠 公平
指導教員 米田 隆恒

１．要約
私はリニアモーターの簡易模型を製作し、その模型を用いて磁力、電流、力の関係を実験で調べた。その結果、フレミングの左手の法則が成り立っていることを実証できたので報告する。
キーワード リニアモーター、磁石、電流、力、フレミングの左手の法則

２．研究の背景

棒をのせる。

近年、様々な場所でリニアモーターが利・２本の銅のレールの１本ずつに＋と－の用されている。私はこれに興味をもち、調電圧を加え、金属棒に電流が流れるようべてみたところフレミングの左手の法則がにする。この際、金属棒は２本の銅のレ関係していることを知った。フレミングのールに垂直になるようにのせておく。ま左手の法則とは、電流の向きと磁力線の向た、その金属棒が磁石に触れないようにきが与えられたとき、電流にはたらく力の注意する。

向きを決める法則である。
（２）仮説１

３．研究１
研究目的は、リニアモーターを製作し、フレミングの左手の法則が成り立っているかどうかを調べることである。

最初に予備実験として、①～⑤の仮説を立て、実験を行うことにした。
＜仮説１＞①すべての磁石を、N 極を上に向けて電流を流すと、金属棒が動く。

（１）リニアモーターの製作
フレミングの左手の法則が成り立ってい②電流の向きを①と逆にすると、金属棒の進む向きが①と逆になる。

るかどうかを調べるために、簡易リニアモ③磁石の極(N 極･S 極)を逆にすると、金ーターを製作する。以下にその手順を示す。

属棒の進む向きが①と逆になる。

・銅のレールを２本平行に並べる。
・レールの間に、フェライト磁石をすべて同じ向きにして並べ、両面テープで固定する。このとき、磁石の高さが銅の棒より、高くなってはいけない。
・２本のレールに垂直になるように、金属④電圧を 0 V にすると、金属棒の動きが遅くなる。
⑤磁石を取り除くと、金属棒の動きが遅くなる。
ただし、実験④以外は電流の強さは同じである。また、磁石の強さは同じである。

（３）実験結果①：金属棒は動いた。

４．研究２
ここで、上記(E)，(F)から新たな課題が②③：金属棒は①と逆の向きに進んだ。

生じた。

④⑤：金属棒は動かなかった。

（１）新たな課題④や⑤とは逆に、電圧や磁力を強くした（４）実験結果からわかったこと(A) フレミングの左手の法則で示された
向きに金属棒は動いた。
(B) 電源の＋と－を入れ替えると金属棒の進む向きが逆になる。
(C) 磁石の N 極と S 極を入れ替えると金属棒の進む向きが逆になる。
(D) 電流や磁力線の向きを逆にしたときらどうなるのだろうか。
そこで、次の仮説２を立て実験した。
＜仮説２＞⑥電圧を①のときよりも強くすると、力も強くなる。(ただし、磁石は①と同じ)⑦磁石をより強力なネオジム磁石に変えると力が強くなる。(電圧は実験①と同じ)もフレミングの左手の法則にしたがって、金属棒は動いた。
(E) 電流が流れなくなると、金属棒は進まなくなる。
(F) 磁力がなくなると、金属棒は進まなく（２）実験結果⑥：金属棒の動く速さは、元の速さより少し速くなった。
⑦：元の速さと変わらなかった。

なる。
(G) フレミングの左手の法則は、電流と磁（３）実験結果からわかったこと

力線のどちらが欠けても、金属棒に力(J) 電圧を強くすると、力が強くなる。

が働かなくなることも示す。

(K) 磁力を強くしても強さは変わらない。

(H) また何度も使用しているうちに、だんだん金属棒が動かなくなってきた。その原因を調べた結果、銅のレールのさびによって電流が流れにくくなり、金属棒の動きが弱くなっているのに気また⑥では、銅のレールと金属棒の間で火花が大量に飛んでいた。そこから、次のことがわかる。
(L) 電圧を上げすぎると、銅の棒と金属棒の間で火花が飛び散る。

がついた。
これらから、次のことがわかった。
(I) 金属棒や銅のレールがさびていたり、汚れていたりすると動きが弱くなる。

５．研究３
（１）課題
金属棒は本当に、銅のレールからの電気によって、動いているのだろうか。
そこで、次の仮説３を立て実験した。
＜仮説３＞⑧銅の棒の表面に、電気を通さないステ

図１ 実験の様子ィックのりを塗ると、表面からの電気を通さなくなるので動かなくなる。

をフック状にした銅線を掛け、下にＵ字型磁石を置き、電気を流す。

（２）実験結果
金属棒は動かなくなった。つまり、電気は銅の棒の表面を伝わり、金属棒に流れるということがわかる。
図４ フック状の銅線すると、フレミングの左手の法則により銅線が前後に揺れる。そのとき触れる方向などを、チェックした。①～⑦に対応して、
図２ 動きの止まっている様子

仮説４として①′～⑦′を実験によって確かめることにした。

６．研究４（１）＜仮説４＞⑥と⑦では、電圧や磁力の違いがはっき①′ 電源をつなぐと、片側に揺れた後、りせず、微妙な差だったので、もっと違い振り子のようにまた反対側に揺れる。のはっきりした実験装置を考えてみること②′ 電流の向きを逆にすると、①′ と反対にした。

側に揺れた後、①′と同じように振り子そこで、反応を大きく感じられるように細い銅線に電流を流し、そこからわかる反応を探っていくことにした。
その結果、次のような実験装置ができた。のように動く。
③′ 磁力の向きを逆にすると、①′ と反対側に揺れた後、①′と同じように振り子のように動く。
④′ 電圧がなくすと、フレミングの左手の法則が働かなくなり、動かない。
⑤′ 磁力がなくなると、④′と同様の理由で動かなくなる。
⑥′ 電圧を強くすると、①′ より大きく、速く揺れる。
⑦′ 磁石を強くすると、⑥′ と同じく、①′よりは大きく、速く揺れるが、磁石から離れると、当然、力は弱くなるので⑥′ほど大きく、速くは揺れない

図３ 新実験装置（２）実験結果
装置は、２つのスタンドに銅の板を同じ①′：片側に上がったあと、磁石より少し高さで向かい合うように固定し、そこに端あがったままの状態でそこから小さく、上がり下がりを繰り返した。

⑨レールの所々に、一定間隔でのりを塗②′：電流の向きを逆にすると①′ とは反り、2.5 A の電流を流すときも、5.0 A対側に、①′ と同じように上がり下の電流を流すときも、銅の棒は止まる。

がりを繰り返した。
③′：磁力の向きを逆にすると、①′とは反対側に、①′と同じように上がり下がりを繰り返した。
④′：電気を流さなくすると、まったく動かなかった。
⑤′：磁力を無くすとまったく動かなかった。
⑥′：電圧を大きくすると、①′ より、導（２）実験結果
2.5 A のときは、初めは動いていたが、のりの塗った所に来ると、止まってしまった。しかし、5.0 A のときは、2.5 A のときより速く動き、のりの塗った場所でもスピードは落ちたが止まることはなかった。
やはり電圧が強いほうが、速く強く走ることができることがわかった。

線は激しくあがり、その後は①′ と同じような運動を繰り返した。

８．まとめと今後の課題⑦′：磁力を強くすると、⑥′ と同様に、リニアモーターを用いた今回の実験によ①′より高く上がり、さらに①′ や⑥′って、フレミングの左手の法則が成り立っより高い位置で上がり下がりを行っているということを証明することができた。

た。

また、電圧や磁力の強さと力の大きさの関係もわかった。

（３）わかったこと

しかし、銅の棒や導線の動きを正確に計(M) ②′～⑤′より、レールの実験と同様に、ることができなかった。また、さびや汚れ、フレミングの左手の法則が成り立つこ摩擦などの影響が大きいことに途中で気づとがわかった。

いたので、それらに影響されずに力の大き(N) ⑥′より、レールの実験の際より反応の違いがよくわかった。

さを測る方法を考えていきたい。
また、この装置を応用し、手軽に使える(O) ⑦′より、レールの際には変わりのなか玩具や乗り物などに利用する方法を考えてった磁力の違いによる力の強さの違いも、いきたい。

この実験では力が強くなっていることを確認することができた。
つまり、電圧でも磁力でもその大きさを

９．謝辞
サイエンス研究会物理班の活動において、大きくすれば、金属棒や銅線の動きも大き米田先生には多大なご指導していただきまく、速くなるということがわかった。

した。この場で深く感謝申し上げます。

７．研究５（１）新たな仮説＜仮説５＞