電磁誘導�A（導体棒の問題とミクロな視点）

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。イメージとして，電磁誘導は「ツンデレの法則」です。 離れていると「近寄らないで！」といい， いったん仲良くなると「離れないで！」という感じです。

２．うず電流の演示実験

ここに，ネオジム磁石というものがあります。 非常に強力な磁石です。ちなみに磁石とくっつくものは何ですか？ 鉄やニッケルですね。
さて，これをプラスチックのレール上を転がすと，ふつうに斜面を転がっていきます。 次に，磁石をアルミニウムのレールを転がしてみようと思います。 磁石はアルミとはくっつきませんよね。 しかし転がしてみると･･･

このように（絵は省略します），ゆっくり転がっていく。 斜面を急にしてもゆっくりですね。
なぜでしょうか？
･･･
これも電磁誘導なんです。 磁石が移動すると，磁石の進行方向の部分のアルミには磁束が増加します。 自然はそれを嫌がり「うず電流」を流し，反対向きに磁束をつくります。 それによって反発す力がはたらき，進行を妨げます。 同時に磁石が通り過ぎた部分のアルミに対しては磁束が減少します。 反対向きにうず電流が流れ，磁束をつくりくっつこうとして， こもまた進行を妨げます。よってゆっくり転がるわけです。

このうず電流はIHヒーターの原理です。 鍋のしたの部分で磁束を変化させます。 鍋にはうず電流が流れ，ジュール熱が発生します。 よって鍋を温めます。

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。

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。

４．電磁誘導のミクロな視点

電磁誘導は次のように考えることもできます。
�@導体棒を右に動かすということは，なかにある自由電子を右に動かしている。
　↓
�A磁場中を電子が動いているので，上向きにローレンツ力を受ける。
　↓
�B電流が流れる（電磁誘導である）。
　↓
上記の�E�Fと同じことが起こる。 （このとき上向きに電子が動くとさらにローレンツ力が左に働くということ。 つまり電子には2回ローレンツ力が働いていることになる）

というように，電磁誘導を説明することもできます （ただし，これでは説明できない電磁誘導のタイプもある）。

　

５．まとめ

今日はうず電流と導体棒に生じる誘導起電力を学習しました。 順を追えば，すべて同じ現象ですので，そこから導けるようにしてください。

授業を終えて。。。
うず電流の反応はよかった。もう少し速く進めるべきか？

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