ふれの角度

一般小学生

まとめ

  • 方位磁針の針が、電流によって発生した磁界の影響を受け、本来の北(磁北)からどれだけ傾いたかを度数で表したものである。
  • 電流の大きさと磁針の振れる角度は相関関係にあるが、比例はせず、電流を無限に強くしても90度を超えることはない。
  • 回路の構成(直列並列)によって各所に流れる電流の強さが変わるため、磁針を置く場所によってふれの角度も変化する。

解説

方位磁針を水平に置き、その南北方向に重なるように導線を配置して電流を流すと、磁針は北から一定の角度だけ回転して静止します。この現象は1820年にエルステッドによって発見されました。針が静止する方向は、地球が持つ磁界(地球磁界)の水平成分と、電流が作る磁界の強さを合わせた「合成磁界」の向きによって決まります。

電流によって生じる磁界の強さをH、地球磁界の水平成分をH0とすると、ふれの角度θとの間には「tanθ = H / H0」という関係が成り立ちます。電流を大きくすると磁界Hが強くなるため、ふれの角度θも大きくなりますが、グラフにすると直線(比例)ではなく曲線を描きます。また、回路内の電球の配置が直列か並列かによって、回路の各地点を流れる電流の強さが変わるため、磁針のふれの大きさを比較する際には回路全体の抵抗値と電流の分配を考慮する必要があります。

コラム

電流をいくら強くしても、ふれの角度が90度以上にならないのは、常に地球磁界が北向きに働いているからです。電流による磁界が地球磁界に対して垂直に発生するため、合成磁界の向きは理論上、垂直(90度)に近づくだけで完全に一致することはありません。

この原理を利用した装置に「接線電流計」があります。これは、ふれの角度を測定することで、逆算して電流の強さを求めることができる初期の電流測定器です。導線と磁針の距離が近いほど、電流による磁界の影響を強く受けるため、実験の際には磁針と導線の位置関係を一定に保つことが重要です。

小学生のみなさんへ

方位磁針じしんの近くに電気を通した線を置くと、針が北から動いて、ある角度で止まります。この動いた分の角度のことを「ふれの角度」と呼びます。電気の通り道である回路に電気が流れると、そのまわりには磁石じしゃくと同じような力が生まれるため、針が影響えいきょうを受けて動くのです。

電気の力が強ければ強いほど、針は大きく動きます。しかし、電池のつなぎ方(直列つなぎ並列つなぎ)によって、流れる電気の強さが変わるため、針の動き方も変わります。例えば、並列つなぎにすると電気が分かれて流れるため、一箇所あたりの電気の力が弱くなり、針のふれる角度が小さくなることがあります。

実験をするときは、線と磁針じしんの距離を同じにすることが大切です。線に近いほど、電気の作る力の影響えいきょうを強く受けるからです。また、どんなに電気を強くしても、針が真横(90度)を向くことはありません。これは、地球自体が大きな磁石じしゃくになっていて、常に針を北へ引き戻そうとしているからです。

ルラスタコラム

方位磁針の針が動くことを発見したのは、今から200年以上前の科学者エルステッドです。彼は授業中にたまたま電気を流したところ、そばにあった方位磁針が動いたことに気づきました。この偶然ぐうぜんの発見が、今のモーター発電機の仕組みにつながっているんですよ。

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