ワークショップ:巨大電磁石で磁場を調べよう

担当者

児玉康一(愛知教育大学)


到達目標

理科の授業で、磁石や電流の周りに磁場ができる事や磁石や電流が磁場から力を受ける事を学びます。

今回は直径30センチの大きな電磁石(円形電流)を使って、その周りにできる磁場の様子を皆で調べてみましょう。

またこの電磁石の近くで電流を流してみて、電流が磁場から受ける力の様子も調べてみましょう。最後に、この力を利用したモーターを動かしてみます。


実施内容の概要

  1. 道具の確認

    電磁石を2台用意して、3名1組で実験を行います。
    今回はこの電磁石だけでなく、棒磁石を改造した方位磁石、音声式電流計、電池ボックス、感光器などいろいろな道具を使います。
    まず、使う道具に何があるのか、どんな形をしているのか、どうやって使うのかについて説明をします。

  2. 磁場の様子を大雑把に調べる

    手に棒磁石を持って電磁石に近づけると、棒磁石が力を受けるのがわかります。
    これは電磁石に流す電流が自分自身の周りに磁場を作り出し、棒磁石がこの磁場から力を受けるためです。
    まず、これを使ってどの様な磁場ができているのかを大雑把に調べてみます。

  3. 磁場の様子をきちんと調べる

    次に、簡単に回転する台に貼り付けた棒磁石を使って、磁場の様子をもう少しきちんと調べてみます。
    参加者同士で協力して電磁石のいろいろな場所での磁場の様子を調べ、大雑把に調べた結果と比較します。

  4. 電磁石の中に鉄を入れ、磁場を調べる

    電磁石の中に鉄を入れると磁場の様子が変わります。今回は鉄のパイプを入れてみます。
    この様子を先にやったのと同じ手法で調べてみましょう。

  5. 電気を流して磁場を調べる。

    磁場の中で電流を流すと、電流は磁場から力(ローレンツ力)を受けます。まずはこの様子を見てみましょう。
    また、調べた結果をグラフにして表現してみましょう。

  6. モーターを動かし、観察する

    このローレンツ力を利用した道具はたくさんありますが、その一例としてモーターを動かしてみます。
    モーターはコイルに電流を流し、その電流に働くローレンツ力でコイルを回します。
    モーターを回し続けるためには、いつも同じ方向(モーターの回転する方向)にローレンツ力が働く様にしてあげないといけません。そのための工夫を調べてみましょう。


事前に準備しておいて欲しいこと

学校で使っている理科の教科書で、関連するところを読み直しておいてください。

読んでおくと役に立つ参考書など

特にありません。理科の教科書を復習しておくとよいでしょう。

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