解説書

磁界実験器「フレキコイル」を用いた実験（Ver. 1.1）

2021 年 4 月

電気学会社会連携委員会

この解説書について
この解説書は，電気学会社会連携委員会が提供している電気にかかわる実験セットを「安全に，正しく」利用していただくために作成されています。社会連携委員会ウェブページ（https://renkei.iee.jp/ ）の「動画を使おう」にある動画および本解説書をご参照の上，実験セットを教育現場で使ってみたいと思われた方は，「動画を使おう」の「お知らせ」（https://renkei.iee.jp/video）にある「実験セット申込書」でお申し込み下さい。
また，今後も利用者からお寄せいただく「声」を随時反映し，改訂版をウェブページにて公開します。変更履歴を最終ページに示してありますので，確認の上ご利用ください。

電気学会では，この実験セットを使った実験動画「電気と磁気のチカラ ～スピーカーから音が出るのはなぜ？～」を作成し，YouTube で公開していますので是非ご覧ください。

URL：https://renkei.iee.jp/video

トランジスタ

自作のデザインのマグネット風

ヘアピン

ネクタイピン

名前：越野 エレカ（こしの えれか）

名前：真具音 光（まぐね ひかる）

どこにでもいる普通の高校 1 年生の女子。

電研部長を務める高校 2 年生の男子。

意味も分からずにデザインで買ったヘア

将来，自分はノーベル賞を取ると確信してピンのせいで電研部長に目をつけられ，いる優秀な変わり者。

そのまま電研に入部して「助手」に。

形から入るタイプで常に白衣を着ている

そこで実験や工作の楽しさを知る。

ため，よく教師と間違えられる。
部員のことを「助手」と呼ぶ。

磁界実験器「フレキコイル(1)」を用いた実験の解説
電気学会社会連携委員会

小学校の理科では電圧や磁界は出てきませんが，電流や磁力は出てきます。方位磁針も出てきます。中学校 2 年の理科や高等学校の物理などの教科書では，電流が作る磁界（右ねじの法則(2)）が教えられ，磁界を磁力線で表すことの理解が必要になります。鉄粉を用いた磁界の様子の写真が掲載され，図 1 もよく用いられます。

図 1.

電流が作る磁界

このような磁界の様子を観察するには，電線に 10 アンペア程度の大きな電流を流す必要があり，専用の電源を必要とします。そこで提案するのが磁界実験器「フレキコイル」です。
この磁界実験器は，エナメル線を 20 回巻き，解けないようにスパイラルチューブで覆い，エナメル線の終端が疲労破壊しないように固定しただけものです（付録 1 参照）が，同じ磁界を得るための電流は 20 分の 1 で済み，乾電池で右ねじの法則を観察できるだけでなく，コイルを用いたさまざまな実験への応用が可能です。
学習指導要領と照らし合わせると（付録 2 参照），フレキコイルは中学理科にもっともよく適合します。しかし高校にも適合しますし，小学生においては理科に対する関心を高め観察・実験を通して能動的な学習態度を獲得させるために，大きな力を発揮する実験器です。
【実験１右ねじの法則を観察しよう】

図 2(A)のように観察台の上に方位磁針を置き，フレキコイルを観察台の中央を上下に貫通する形にします。コイルの両端を電池ボックスに接続して，図 2(B)のような回路を作り，方位磁針の赤い針（N 極）が右回りを示します。
ます(3)。電流が流れると（上から下）単純な実験ですが，これが自然界の法則の一つで，電磁気の学びへの出発点になります。
(1) フレキコイルは可撓性のあるフレキシブルコイルの愛称です。
(2) 「アンペール（またはアンペア）の右ねじの法則」ともいいます。アンペールとは，フランスの物理学者，アンドレ＝マリ・アンペール（André-Marie Ampère）のことで，電流の単位 アンペア[A]の由来となった人物です。
(3) 電池ボックスは単 3 乾電池を 4 本直列接続しています。フレキコイルの抵抗値は 8.5Ω程度です。流れる電流は 1.5V×4÷8.5Ω≒0.7A ですが，エナメル線を 20 回巻いているので等価的に 14A の電流となります。電池 2 本でも観察はできますが，磁針の振れが弱い場合はフレキコイルを 2 重にすることで強い磁界が得られます。

1

電流
乾電池4本:(6V)

フレキコイル：8.5Ω

磁界

図 2(A).

観察台の上で右ねじの法則を示す方位磁針

固定端子

図 2(B). フレキコイルと電池の回路

フレキコイルを机上に置いて，その上と下に方位磁針をセットして電流を流すと，図 3 のように磁針はそれぞれ逆方向を示します。この現象は図 1 を理解すれば納得できますが，小学生だけでなく中学生の段階でも，最初はこれが右電流回りの磁界には結びつきません。
実験に当たって，最初は観察台を用いず，
図 4 のようにフレキコイルを上下に持ち「方位図 3.

フレキコイルの上と下の磁針の向き

図 4.

フレキコイルを上下に持って磁針でこの周りを観察してごらん」と指示することもできます。子どもたちの作業が始まり，電流が上から下に流れるときは「右回り」，下から上に流れるときは「左回り」（いずれも上から観察して）という結果を得ることができます。その後で観察台に図 2(a)のように方位磁針を配置し電流を流し，フレキコイルと電池との接続の極性を変えてその様子を子供たちに観察させて，より納得を高めることもできます。
中学校や高等学校ではまさに学習指導要領の求める「電気や磁気について，観察，実験などを通して探究し，電流と磁界における規則性や関係性を見いだして表現する」ことができます。小学校では「右ねじの法則」を教えません
が，5 年生で習う「電磁石」の基礎でもあり観察を通して理解が進みます。

2

方位磁針で観察しよう【実験２コイルの中磁界を観察】

図 5 のようにフレキコイルをコイル状に数回巻いたものを準備します(4)。その中に方位磁針を入れて電流を流して方位磁針の向きを確かめましょう。電流の向きを反対にすると方位磁針も反対を向きます。この実験によって，コイルの中にコイルを貫く方向にできる磁界を観測することができます。コイルが作る磁界の様子を表したのが図 6 です。

図 5.

図 6.

コイルの中の磁界の向きを確かめる【実験３コイルが作る磁界

フレキコイルで電磁石】

小学校 5 年生で電磁石を学習します。ストローにエナメル線を巻き，その中に釘を入れて電磁石になっていることを確かめるという内容です。
図 7 のように，太い釘を準備しフレキコイルを10 ターンほど巻いて電池をつなげば電磁石の完成です。子どもたちの見ている前で演示することが出来ます。
図 7.

フレキコイルを用いた電磁石(4)綿棒の空ケースなどを使ってコイルを巻くボビンを作り，フレキコイルを数回巻いてセロテープで止めたものです。

3

【実験４フレキコイルでスピーカー】

フレキコイルは何といってもコイルです。黒板
フレキコイルをコイル状に巻いたもの（ホワイトボード）などに磁石をくっつけておきます。音源（たとえば iPod）とフレキコイルを接続し，フレキコイルをぐるぐる巻いて磁石の上に持っていくと，黒板が音楽を奏でます（図 8）。
これはダイナミックスピーカーの原理です。
音源からの電気信号の振動がフレキコイルによる磁界の変化になり，それが磁石を動かし,磁石をつけた黒板が振動して,その振動が空気の粗密波となって人間の耳に届いているのです。
電気信号をアンプ(5)で増幅しフレキコイルを接続するとさらに大きな音量が得られ，教室などで実験すると「すごい！」と子どもたちは目を輝かせ

図 8 . ホワイトボードに磁石を貼りることでしょう。

付けて音を出す実験

外部スピーカー端子のあるオーディオ機器に接続しても大きな音量が得られます。
【実験５

磁界の中で電流が受ける力を観察しよう】

この実験は中学校の教科書で必ず出てくる内磁界動き

容です。図 9 ように，フレキコイルをブランコのように曲げ，磁界の中に設置し電流を流してフ電流

レキコイルの動きを観察してみましょう。
挿入図のように磁気回路の下が N 極で上が S極となっています。この磁界の中でフレキコイルの右から左に向かって電流が流れると，コイルは奥に向かって動きます。高校の物理ではこの力をローレンツ力と習います。

図 9.

磁界の中でフレキコイルに電流を流す実験(5) 100 円ショップで販売されているアンプでも可能です。電子工作でアンプ作製にチャレンジという方は LM386(NJM386)を検索してください。回路図が掲載されています。
4

【実験６フレキコイルで電磁誘導（注意事項をよく読んでから行ってください）】

IH 調理器(6)は大きなコイルがトッププレートの下に設置されており，高速度(20kHz~90kHz)で電流をオン−オフさせ，鍋底に生じる誘導電流のジュール熱（7）で加熱する調理器です。
この調理器の上に水を入れた IH 用の鍋を置き，鍋の下部にフレキコイルを 1 巻状態で固定し，白熱電球を接続すれば明るく点灯します（図 9）。

図 10.

この状態で調理器の上で鍋をスライドさIH 調理器を用いた電磁誘導の実験せてみてください。鍋が中心部にあるとき，白熱電球は明るく点灯し，周辺部に移動させると暗くなります。周辺部に移動させると調理器のコイルと鍋の重なり部分が少なくなり，電磁誘導が弱くなって火力調整ができるのです。
コンセントから IH 調理器に流れる電流の測定ができれば，周辺部に移動するにしたがって，電流が小さくなるのが確認できます。もちろんフレキコイルに流れる電流も小さくなります。

(注意)1) この実験では 40 ワットの白熱電灯を用いています。白熱電灯が明々と点灯するほどの電圧が発生しますので感電しないように注意してください。
2) フレキコイルを 2 重に巻くと 2 倍の電圧が発生し危険ですので，必ず１巻き状態で実験してください。
3) 大きな負荷(60 ワット以上の電球)は接続しないでください。
4) コイルが熱を発生しますので実験は短時間で終了してください。

(6) IH 調理器の IH は，Induction Heating の頭文字で誘導加熱のことです。
(7) 抵抗を持つ導体に電流を流したときに生じる熱エネルギー。

5

付録１：磁界実験器（フレキコイル）の作り方 (8)図 1 のように 0.29mm のエナメル線（ポリウレタン線）をテーブルの脚などを利用して20 回巻き,スパイラルチューブで解けないようします。そして，アクリル板で製作した端子台にエポキシ樹脂で固定しただけのものです（図 2）。
1 周を 150cm にして 20 回巻くとコイルの抵抗は 8Ω 程度になります。
電池ボックスと接続しやすいようにミニプラグを付けています（図 3）。
電池ケースの先端もミニジャックにしているため，差し込むだけで電流が流れます。

図 1.

エ ナ メ ル 線 を 20 回 巻 き ，

図 2.

スパイラルチューブを被せた状態

アクリル板で製作した端子台にフレキコイルをエポキシ樹脂で固定＊この実験セットには方位磁針と電池は含まれていませんのでご準備願います。
＊紹介した実験以外にも応用があると思います。提案などをお寄せください。
電池ケース

図 3.

フレキコイルセットの中身(8)作るときの注意事項＊20 ターンでなく 1 ターンだったとすると抵抗値が 1/20 になり電池の内部抵抗を無視す
れば 20 倍（14A）の電流が流れ，電池が発熱し短時間で消耗して危険です。
＊エナメル線は薄い絶縁物で被覆されているため、隣り合うコイルの導体は接触しません
が，被覆を傷つけて導体同士が接触(短絡)すると，上の理屈で大きな電流が流れる恐れがあります。製作にあたってはエナメル線を傷つけないように注意してください。
6付録２：学習指導要領の「解説」にみる電流と磁界の学習について
自分自身の得意領域以外について子供たちなどに話をする場合，教科書等の記述に過度に依存しがちとなり，知識を獲得させることに重点が偏りがちになる。子供たちの関心，意欲を引き出し，自ら学ぼうとする気持ちを持たせることこそ重要である。学習指導要領の「解説」は，その視点で参照すると多くの示唆を与えてくれるので，磁界実験器「フレキコイル」に関連が深い箇所を抜粋してみる。
小学校
理科編の「解説」にあるエネルギー関係の図を右欄に示す。
図にあるように，第 5 学年で電流が作る磁力を学習する。その内容は第 4
学年「電流の働き」を踏まえ，電磁石に導くもので，この段階で磁界は登場しないが，磁力は登場する。
『電流には磁力を発生させ，鉄心を磁化させる働きがあり，電流の向きがかかわると，電磁石の極性も変わることを捉えるようにする』（p.66）ことに注目する。また電磁石に関して，『電流が作る磁力を捉える際には，電流を流したコイルに方位磁針などを近づけて確かめること等が考えられる。』（p.67）ことも注目である。
「解説」の付録３には次の表「解説」理科編（p.22；小学校の部分のみ提示）

現もある。
『電流が作る磁力について追及する中で，電流が作る磁力の強さに関係する条件についての予想や仮説を元に，解決の方法を発想し，表現すること。』（p.124）
上述の注目点に留意するならば，第 5 学年次の電磁石の学習に組み合わせてフレキコイルを用いて，子どもの能動的な学びを促して，学習効果を増すことには高い意義があるといえよう。

7

㋑中学校

磁界中の電流が受ける力

理科編の「解説」の「第 2 章−第 2 節−［第 1 分野］−2」からの抜粋を以磁石とコイルを用いた実験を行い，磁界中のコイルに電流を流すと力下に示す。

が働くことを見いだして理解すること。

第２章 理科の目標及び内容㋒

第２節 各分野の目標及び内容

電磁誘導と発電
磁石とコイルを用いた実験を行い，コイルや磁石を動かすことにより[第１分野]電流が得られることを見いだして理解するとともに，直流と交流の違い

２ 第１分野の内容を理解すること。

（3）電流とその利用（p.40）
電流とその利用についての観察，実験などを通して，次の事項を身に付けることができるよう指導する。
ア

イ

高等学校

電流，磁界に関する事物・現象を日常生活や社会と関連付けながら，理科編の「解説」の「第 1 部−第 2 章‑第 2 節−(3)」からの抜粋を以下に次のことを理解するとともに，それらの観察，実験などに関する技能示す。

を身に付けること。

第１部

理科編

電流，磁界に関する現象について，見通しをもって解決する方法を

第２章

理科の各科目立案して観察，実験などを行い，その結果を分析して解釈し，電流と第２節

物理基礎

電圧，電流の働き，静電気，電流と磁界の規則性や関係性を見いだし（3） 電気と磁気（p.72）て表現すること。

電気や磁気に関する現象についての観察，実験などを通して，次の事項を身に付けることができるよう指導する。

「解説」では電流と磁界の学習に次の事項を求めており，フレキコイルはア

電気や磁気について，日常生活や社会と関連付けて，次のことを理㋐にかかわる。

解するとともに，それらの観察，実験などに関する技能を身に付ける（ｲ）電流と磁界（p.44）こと。

㋐

電流がつくる磁界イ

磁石や電流による磁界の観察を行い，磁界を磁力線で表すことを理解

電気や磁気について，観察，実験などを通して探究し，電気と電流，電流と磁界における規則性や関係性を見いだして表現すること。

するとともに，コイルの回りに磁界ができることを知ること。
8

「解説」では電流と磁界の学習に次の事項を求めており，フレキコイルは出典㋐にかかわる。

小学校学習指導要領(平成 29 年告示)解説【理科編】平成 29 年 7 月（ｲ） 電流と磁界（p.75）

中学校学習指導要領(平成 29 年告示)解説【理科編】平成 29 年 3 月

高等学校学習指導要領(平成 30 年告示)解説【理科編 理数編】平成 30 年㋐

電流による磁界

7月

電流がつくる磁界の様子を理解すること。
㋑

電流が磁界から受ける力電流が磁界から受ける力について理解すること。

㋒

電磁誘導
電磁誘導に関する実験などを行い，磁束の変化と誘導起電力の向きや大きさとの関係を見いだして理解するとともに，電磁誘導の法則を理解すること。また，交流の発生について理解すること。

㋓

電磁波
電磁波の性質とその利用を理解すること。

㋐について，次の説明がある。
㋐

電流による磁界について（p.75）
中学校では，第 1 分野「（3） 電流とその利用」で，電流によって，コイルの回りに磁界ができることについて学習している。
ここでは，電流がつくる磁界の様子を理解させることがねらいである。
電流がつくる磁界については，直線電流の回り，円形電流の中心，ソレノイドの内部にできる磁界を扱う。また，関連して，磁性体や地磁気について触れることも考えられる。
例えば，方位磁針などを用いて磁界の様子を観察することが考えられる。
また，例えば，直線電流がつくる磁界については，電流の大きさや導線からの距離と磁界の強さとの関係を調べる実験を行うことが考えられる。
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解説書

磁界実験器「フレキコイル」を用いた実験

Version

変更履歴

1.0(2021.3.1) Ver.1.0 発行

1.1(2021.4.20) キャラクターデザイン挿入，「この解説書について」の追記，図番号および本文の微修正（Ver. 1.1）

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電気学会社会連携委員会 （https://renkei.iee.jp）
本委員会は，電気工学・電気技術が社会的価値を創出するための，電気学会と社会との連携のあり方を初中等教育や教養教育を含む，一般の教育や学習の分野を中心に審議し，具現化することを目的としています。そのために知見の共有を図り，連携活動を展開する場を創出するとともに，その場を利用して，下部に設ける多様性を持ったワーキンググループの活動と学会内外の組織，個人との連携活動を展開，活性化します。
動画ワーキンググループ
主 査 新藤 孝敏
委 員 大来 雄二
委 員 金丸 公春
委 員 木村 軍司
委 員 久保 等（主執筆者，実験キット企画・製作）
委 員 鈴木 克己
委 員 中村 格
委 員 長谷川 有貴
委 員 服部 邦彦（実験キット企画・製作）
事務局 佐々木 敏男

アドバイザーグループ
アドバイザー 今井 伸一
アドバイザー 岡部 洋一
アドバイザー 桂井 誠
アドバイザー 高田 達雄
アドバイザー 高橋 一弘（キャラクターイラストレーション：河伸 りう）

解説書 磁界実験器「フレキコイル」を用いた実験 （Ver. 1.1）
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2021 年 4 月 20 日
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《問い合わせ先》一般社団法人電気学会 総務課 電話 03‑3221‑3710 e‑mail kanri@iee.or.jp
この解説書の実験セットは、一般財団法人 関東電気保安協会の助成を得て企画・製作されました。

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