電流と磁場�D（電磁誘導の法則，導体棒の練習問題）

１．復習

前回は電磁誘導を見せました。まとめをもう一度見てみると，
�@コイル内の磁束が変化する
　　　↓
�A磁束はそのままでいたい
　　　↓
�B磁束の変化を妨げる向きに誘導磁場をつくる
　　　↓
�Cそのためには誘導電流を流す必要がある
　　　↓
�D誘導電流を流すためには誘導起電力（電圧）をつくってやる必要がある
　　　↓
�E誘導磁場ができるとコイルは棒磁石になり変化を妨げる

というのが電磁誘導です。簡単な問題をどうぞ。

解答です。

相対的に近づいたり離れたりしていないと，電磁誘導は起こらないということです。

２．電磁誘導の法則

1831年にファラデーがまとめた法則です。

ここで，「妨げる向きに」という法則を「レンツの法則」といい， これを式にまとめると，V=−N（dφ/dt）となります。 ひとまずは，大きさはV=N（dφ/dt）の絶対値で与えられ， 向きは妨げる向きの磁場を考えることにします。

３．導体棒の電磁誘導

電磁誘導でもっとも一般的な問題を扱ってみましょう。
針金でコの字型のレールをつくったとして，その上を滑らかに動ける導体棒を置きます。 磁場は下から上向きにあるとします。この導体棒を右に一定の速度で動かします。

すると，
�@コイルの面積が広がっていくので，コイルを貫く磁束の本数は増える。
　　　↓
�A磁束はそのままでいたい
　　　↓
�Bそれを妨げる向きに（つまり下向きに）誘導磁場を磁場をつくる
　　　↓
�Cそのためには誘導電流を流す必要がある（時計回り）
　　　↓
�D誘導電流を流すためには誘導起電力をつくってやる必要がある（P→Qの向き）
　　　↓
�E導体棒に流れる電流にローレンツ力が働き（左向き），動きを止めようとする。
　　　↓
�F一定の速さで動かすためには右向きに外力を加える必要がある。

誘導起電力などの大きさは，上のプリントを参照してください。

では，同じ練習問題です。

解答です。

ポイントは，外力が加える仕事→抵抗でのジュール熱　に変換されていることです。

４．電磁誘導のミクロな理解

電磁誘導の法則を説明してきましたが， 「自然が変化を嫌がる」という何かあいまいな説明をしました。 それはそれで真実だと思いますが，ミクロな観点から電磁誘導を理解してみましょう。

�@導体棒が右に動く＝導体内の自由電子が右に動く
　　　↓
�A磁場中を動く自由電子にローレンツ力が働く（Q→Pの向き）
　　　↓
�Bローレンツ力により自由電子がQ→Pの向きに移動する⇔誘導電流！
　　　↓
�C磁場中を移動する自由電子にローレンツ力が働く（左向き）
　　　↓
�D導体棒に左向きの力が働く
注意：先程の番号と関連はありません。

ということがミクロレベルで起こっているわけです。 つまり，自由電子には2回ローレンツ力が働いているのですね。 もしレールがなく，磁場中を導体棒が移動したらどうなるでしょう？ きっと電子がP側に集まって，Q側はプラスに帯電することでしょう。

次回はもう一問練習問題を解きたいと思います。

生徒からの質問：「前回の実験で， 棒磁石を動かそうとするのと反対向きの力が発生すると説明がありましたが，先生はそれを感じるのですか？」
私は感じませんでした。それはこのコイルでは電磁誘導が小さいためです。 次回実験をみせます。

授業を終えて。。。
お分かりかとは思いますが，実際には順を追って板書しながら説明しています。 全部書くのは面倒なので省略してますが･･･。

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