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電磁誘導によって発生する誘導電流の測定

1 研究の動機
学校の理科で、電磁誘導について勉強しました。
そして、発生する誘導電流とコイルの巻き数に何か関連があるのかと疑問を抱き、このことを確かめるため、電磁誘導によって発生する電流を測定する実験を行いました。

2

Ｓ＋Ｓは、起電力は増えているが、２倍までは増加しない。
⑥Ｎ極＋S極だと、起電力はOになる。
2）磁石別起電力の比較（コイル1〜4の平均起電力）
表3 磁石番号と起電力の関係 単位：μA4）磁石の種類
電磁誘導の測定には５種類の永久磁石を使用した。
磁石4＋5
この組み合わせが今回もっとも大きな電流を発生させた。

電磁誘導を測定するための機器の作成
1）測定機器は、①エナメル線 25m1本 50m3本②トイレットペーパーの芯③プラスチックボード④空のペットボトル⑤ビニールテープ（黒）（水色）で製作した。
この他に、磁力の異なる5種類の永久磁石と、電流計（検流計YD−2G −40〜＋40μA）を測定のため使用した。
2）誘導電流を測定するにあたって誘導電動はとても微量しか出ないことがわかった。そこでμAが計測できる検流計が必要になり、学校から借りた。また、検流計はアナログが最適である。デジタルの検流計の場合、値がすぐ変わり測定できないことがわかった。
3）測定装置についてコイルと検流計は、図１のように接続した。

図1 測定装置の模式図
図２のような測定装置を作成した。

このほかにも4＋5のような磁石の組み合わせでも測定した。

磁石1 磁力中 棒磁石 2本1組セット

磁石2 磁力中 U型磁石 2個1組セット

3 測定の要因と水準
今回の誘導電流の測定は、次の要因と水準で測定した。
表1 今回の実験条件

4 測定結果1）コイル別の起電力比較
表2 コイル巻数と起電力の関係 単位：μA

磁石別起電力の比較について結果を調べると次のようなことがわかった。
①磁石４の起電力が一番大きい。
②Ｎ極とＳ極では、絶対値が同じで符号が逆であった。
③磁石の種類による起電力は、最大20倍近く差が見られた。
（磁石３と磁石４の起電力の比較）④磁石５は磁石が一番強く感じられたが、起電力は４の方が大きい。
3）コイルのつなぎ方と起電力の関係（使用した磁石４）表4 コイル組合せと起電力の関係 単位：μA

磁石3 磁力弱 棒磁石 2本1組セット

磁石4 磁力強 U型磁石 1個（コイル巻数と誘導電流の測定はこの磁石を使用）

図2 測定装置

磁石5 磁力強強 丸磁石 2個1組

─ 84 ─

コイル別の起電力比較を行ったところ次のような結果がわかった。
①コイルの比較は、巻き数が２倍になると起電力は、ほぼ２倍になっている。
（1、3）②コイルの巻き数が同じの場合、起電力はほぼ同じである。
（3、4）③Ｎ極とＳ極は、絶対値が同じで符号が逆の起電力である。
④磁石「入り」と「出」は絶対値が同じで符号が逆の起電力である。
⑤磁石 Ｎ単体と、Ｎ＋Ｎまたは、Ｓ単体と①Ｎ極とＳ極の平均絶対値はほぼ等しい②巻き数が増加すると起電力も増加する。
③コイルを反対につなぐと起電力は低下する。
④巻き数と起電力は比例の関係が見られる。
（巻き数÷起電力≒0.034である。
）⑤巻き数が同じ物を反対につなぐと起電力は０であった。
（3−4）
4）磁石4＋5の時の起電力

─ 85 ─

〈〉5このほかにも4＋5のような磁石の組み合わせでも測定した。

電磁誘導によって発生する誘導電流の測定
島田市立初倉中学校
２年

1 研究の動機
学校の理科で、電磁誘導について勉強しました。
そして、発生する誘導電流とコイルの巻き数に何か関連があるのかと疑問を抱き、このことを確かめるため、電磁誘導によって発生する電流を測定する実験を行いました。

2見知彦

4）磁石の種類
電磁誘導の測定には５種類の永久磁石を使用した。
磁石4＋5
この組み合わせが今回もっとも大きな電流を発生させた。

電磁誘導を測定するための機器の作成
1）測定機器は、①エナメル線 25m1本 50m3本②トイレットペーパーの芯③プラスチックボード④空のペットボトル⑤ビニールテープ（黒）（水色）で製作した。
この他に、磁力の異なる5種類の永久磁石と、電流計（検流計YD−2G −40〜＋40μA）を測定のため使用した。
2）誘導電流を測定するにあたって誘導電動はとても微量しか出ないことがわかった。そこでμAが計測できる検流計が必要になり、学校から借りた。また、検流計はアナログが最適である。デジタルの検流計の場合、値がすぐ変わり測定できないことがわかった。
3）測定装置についてコイルと検流計は、図１のように接続した。

図1 測定装置の模式図
図２のような測定装置を作成した。

浅Ｓ＋Ｓは、起電力は増えているが、２倍までは増加しない。
⑥Ｎ極＋S極だと、起電力はOになる。
2）磁石別起電力の比較（コイル1〜4の平均起電力）
表3 磁石番号と起電力の関係 単位：μA

磁石1 磁力中 棒磁石 2本1組セット

磁石2 磁力中 U型磁石 2個1組セット

3 測定の要因と水準
今回の誘導電流の測定は、次の要因と水準で測定した。
表1 今回の実験条件

4 測定結果1）コイル別の起電力比較
表2 コイル巻数と起電力の関係 単位：μA

磁石別起電力の比較について結果を調べると次のようなことがわかった。
①磁石４の起電力が一番大きい。
②Ｎ極とＳ極では、絶対値が同じで符号が逆であった。
③磁石の種類による起電力は、最大20倍近く差が見られた。
（磁石３と磁石４の起電力の比較）④磁石５は磁石が一番強く感じられたが、起電力は４の方が大きい。
3）コイルのつなぎ方と起電力の関係（使用した磁石４）表4 コイル組合せと起電力の関係 単位：μA

磁石3 磁力弱 棒磁石 2本1組セット

磁石4 磁力強 U型磁石 1個（コイル巻数と誘導電流の測定はこの磁石を使用）

図2 測定装置

磁石5 磁力強強 丸磁石 2個1組─ 84 ─

コイル別の起電力比較を行ったところ次のような結果がわかった。
①コイルの比較は、巻き数が２倍になると起電力は、ほぼ２倍になっている。
（1、3）②コイルの巻き数が同じの場合、起電力はほぼ同じである。
（3、4）③Ｎ極とＳ極は、絶対値が同じで符号が逆の起電力である。
④磁石「入り」と「出」は絶対値が同じで符号が逆の起電力である。
⑤磁石 Ｎ単体と、Ｎ＋Ｎまたは、Ｓ単体と①Ｎ極とＳ極の平均絶対値はほぼ等しい②巻き数が増加すると起電力も増加する。
③コイルを反対につなぐと起電力は低下する。
④巻き数と起電力は比例の関係が見られる。
（巻き数÷起電力≒0.034である。
）⑤巻き数が同じ物を反対につなぐと起電力は０であった。
（3−4）
4）磁石4＋5の時の起電力

─ 85 ─

磁石４に磁石５を付けて測定したところ、電流の流れ方（検流計の針の振れ方）は、他の測定と違いが見られた。
磁石５は他の磁石のＮ極・Ｓ極に関係無く、ついてしまう。
（同極で反発しない）
磁石４にまず磁石５の１面を付けて起電力を測定し、もう片側をつけて起電力を測定した所、この場合とは違う現象が見られた。
一瞬マイナスの方に振れたかと思うと、＋の方へ振れてしまう。この時入るときも、出るとき、同じ現象が見られた。
磁石５を裏返して磁石４に付けたときは、最大起電力を発生させた。

5

考察 及び まとめ1）コイルの回路に磁石を近づけたり遠ざけたりすると誘導電流が流れるのだろう？
コイルに磁石を近づけると、コイルは磁力という力を受ける。
磁力は電子などの電気とも深い関係があるため、磁力により電子が動かされ電子が動くと電流が発生し、いわゆる電気が通るという現象が起こるためだと考えられる。
2）コイルの巻き数と誘導電流の大きさが比例関係にある理由
コイル１入り平均 コイル３入り平均を見ると、巻き数が、35回から、73回へ約2倍になると、起電力も−0.5μAから−1.2μAと約2倍となっている。
コイルの巻き数と起電力には比例の関係があると考えられる。
この現象が起こるには、つぎの事が考えられる。磁力線は同じ場所にあるコイルに対し同じ量の起電力を発生させるということだ。
そのため、コイルを作っている導線の数が増えれば増えただけ起電力が増したと考えられる。
3）磁石の種類と誘導電流に違いがある理由
強い磁石＝磁力線数が多い＝コイルに当たる磁力線の数が増える＝起電力が増える。
弱い磁石＝磁力線数が少ない＝コイルに当たる磁力線の数が減る＝起電力が減る。
発生する誘導電流は、磁石は強い方が多く弱い方は、少なくなると考えられる。
コイルを横切る磁力線の数が多いのは、棒磁石よりU形磁石の方と思われる。
よって磁石４の起電力が最も高くなったものと思われる。
それに対し磁力の少ない磁石３はコイルを横切る磁力線の数が少なかったため起電力が低かったと考えられる。

図3 磁力線とコイルの関係
4）磁石の組み合わせで、Ｎ＋Ｎが大きくなり、Ｎ＋Ｓで小さくなる理由
Ｎ＋Ｎは反発し合ってコイルに当たる磁力線が増えるが、Ｎ＋Ｓはお互いの極間に磁力線を引き寄せてしまうためと考えられる。ということでＮ＋Ｓをコイルの中に入れた実験で極端に電流値が下がったと言うのはこのためである。磁石４が最大の起電力を示した理由の１つに、コイルに対する磁石の形状（Ｕ字）も有ると思われる。

6）コイルのつなぎ方を逆にしてゆくと起電力がマイナスされる理由
コイルの巻き方の向きが逆になるため、電流も＋と−が逆に発生したためだと考えられる。そして、逆向きの巻き数が正しい向きの巻き数を超えた時電流の向きが逆になり、正反対につなぐと絶対値が同じで符号が逆になる。
7）コイルのつなぎ方で同じ巻き数の物を反対につなげたとき電流が０になった理由、その時発生した電流はどこに行ったのか

図6 コイルの組合せで起電力０の理由
発生した電流は、打ち消しあって０になったが、他のエネルギー（例えば熱）になったと考えられる。ただし、非常に微量のため、検出することはできなかった。

発生するので、検流計の針の動きが逆になると思われる。
しかし、一応最初の＋は発生するが、後の−の動きが強力なため、−の方に動いてしまうと考えられる。
磁石４＋５（Ｎ＋Ｎ）は、同じ種類の磁力線が、反発しあいほとんど反対側のＳ極に集まるため、コイルの間を通る磁力線が増え、最大の起電力を出したと考えられる。

6 実験をやってみての感想
実験が終わった後、起こった現象について、筋道を立て、推測し、考察をまとめることは大事だ、と思いました。
これを行うことにより、どうしてこんな現象を今ある知識から考える、わからなかったら調べるということはすばらしいと感じました。
さらに人間の世界でも同じようなことが言えるため、これからの人生にも生かしていきたいと思いました。

8）磁石４＋５をつけた場合、他の場合と違った挙動をとった理由
図4 Ｎ＋Ｎ極 Ｎ＋Ｓ極磁石の組み合わせと磁力線の出方とコイルの関係
5）磁石5の磁力が強いのにかかわらず、電流値が低い理由
磁石５の磁力線は強くて大きいのであるが、磁石の大きさが小さいため、コイルを横切る磁力線の数は少ないと考えられる。

─ 86 ─

図5 磁石５の磁力線とコイルの関係

図7 ４＋５の磁力線とコイルの関係
４＋５（Ｎ＋Ｓ）の磁力線とコイルの関係の図を見ると、図のように２種類の磁力線ができ、それぞれ反対側を向いているので、磁力線ができ、それぞれ反対側を向いているので、磁力線による起電力は逆になる。
つまり違う種類の磁力線が発生するということになる。
まず前の←向きの磁力線が下を通ったら10μAが出たかと思うと次の→向きの磁力線により、逆の起電力が─ 87 ─

磁石４に磁石５を付けて測定したところ、電流の流れ方（検流計の針の振れ方）は、他の測定と違いが見られた。
磁石５は他の磁石のＮ極・Ｓ極に関係無く、ついてしまう。
（同極で反発しない）
磁石４にまず磁石５の１面を付けて起電力を測定し、もう片側をつけて起電力を測定した所、この場合とは違う現象が見られた。
一瞬マイナスの方に振れたかと思うと、＋の方へ振れてしまう。この時入るときも、出るとき、同じ現象が見られた。
磁石５を裏返して磁石４に付けたときは、最大起電力を発生させた。

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考察 及び まとめ1）コイルの回路に磁石を近づけたり遠ざけたりすると誘導電流が流れるのだろう？
コイルに磁石を近づけると、コイルは磁力という力を受ける。
磁力は電子などの電気とも深い関係があるため、磁力により電子が動かされ電子が動くと電流が発生し、いわゆる電気が通るという現象が起こるためだと考えられる。
2）コイルの巻き数と誘導電流の大きさが比例関係にある理由
コイル１入り平均 コイル３入り平均を見ると、巻き数が、35回から、73回へ約2倍になると、起電力も−0.5μAから−1.2μAと約2倍となっている。
コイルの巻き数と起電力には比例の関係があると考えられる。
この現象が起こるには、つぎの事が考えられる。磁力線は同じ場所にあるコイルに対し同じ量の起電力を発生させるということだ。
そのため、コイルを作っている導線の数が増えれば増えただけ起電力が増したと考えられる。
3）磁石の種類と誘導電流に違いがある理由
強い磁石＝磁力線数が多い＝コイルに当たる磁力線の数が増える＝起電力が増える。
弱い磁石＝磁力線数が少ない＝コイルに当たる磁力線の数が減る＝起電力が減る。
発生する誘導電流は、磁石は強い方が多く弱い方は、少なくなると考えられる。
コイルを横切る磁力線の数が多いのは、棒磁石よりU形磁石の方と思われる。
よって磁石４の起電力が最も高くなったものと思われる。
それに対し磁力の少ない磁石３はコイルを横切る磁力線の数が少なかったため起電力が低かったと考えられる。

図3 磁力線とコイルの関係
4）磁石の組み合わせで、Ｎ＋Ｎが大きくなり、Ｎ＋Ｓで小さくなる理由
Ｎ＋Ｎは反発し合ってコイルに当たる磁力線が増えるが、Ｎ＋Ｓはお互いの極間に磁力線を引き寄せてしまうためと考えられる。ということでＮ＋Ｓをコイルの中に入れた実験で極端に電流値が下がったと言うのはこのためである。磁石４が最大の起電力を示した理由の１つに、コイルに対する磁石の形状（Ｕ字）も有ると思われる。

6）コイルのつなぎ方を逆にしてゆくと起電力がマイナスされる理由
コイルの巻き方の向きが逆になるため、電流も＋と−が逆に発生したためだと考えられる。そして、逆向きの巻き数が正しい向きの巻き数を超えた時電流の向きが逆になり、正反対につなぐと絶対値が同じで符号が逆になる。
7）コイルのつなぎ方で同じ巻き数の物を反対につなげたとき電流が０になった理由、その時発生した電流はどこに行ったのか

図6 コイルの組合せで起電力０の理由
発生した電流は、打ち消しあって０になったが、他のエネルギー（例えば熱）になったと考えられる。ただし、非常に微量のため、検出することはできなかった。

発生するので、検流計の針の動きが逆になると思われる。
しかし、一応最初の＋は発生するが、後の−の動きが強力なため、−の方に動いてしまうと考えられる。
磁石４＋５（Ｎ＋Ｎ）は、同じ種類の磁力線が、反発しあいほとんど反対側のＳ極に集まるため、コイルの間を通る磁力線が増え、最大の起電力を出したと考えられる。

6 実験をやってみての感想
実験が終わった後、起こった現象について、筋道を立て、推測し、考察をまとめることは大事だ、と思いました。
これを行うことにより、どうしてこんな現象を今ある知識から考える、わからなかったら調べるということはすばらしいと感じました。
さらに人間の世界でも同じようなことが言えるため、これからの人生にも生かしていきたいと思いました。

8）磁石４＋５をつけた場合、他の場合と違った挙動をとった理由
図4 Ｎ＋Ｎ極 Ｎ＋Ｓ極磁石の組み合わせと磁力線の出方とコイルの関係
5）磁石5の磁力が強いのにかかわらず、電流値が低い理由
磁石５の磁力線は強くて大きいのであるが、磁石の大きさが小さいため、コイルを横切る磁力線の数は少ないと考えられる。

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図5 磁石５の磁力線とコイルの関係

図7 ４＋５の磁力線とコイルの関係
４＋５（Ｎ＋Ｓ）の磁力線とコイルの関係の図を見ると、図のように２種類の磁力線ができ、それぞれ反対側を向いているので、磁力線ができ、それぞれ反対側を向いているので、磁力線による起電力は逆になる。
つまり違う種類の磁力線が発生するということになる。
まず前の←向きの磁力線が下を通ったら10μAが出たかと思うと次の→向きの磁力線により、逆の起電力が─ 87 ─