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界磁石

一般小学生

まとめ

界磁石
モーターや発電機において、回転子に作用する磁場を発生させるために固定して設置される磁石
  • モーターの固定側に配置され、回転に必要な磁界を供給する役割を持つ
  • 小型の模型用モーターでは永久磁石、産業用の大型機では電磁石が用いられる
  • 磁石が作る磁界と電流の相互作用により回転力が発生する

解説

モーターが回転する原理は、磁場の中にある導体に電流を流した際に発生する力(フレミングの左手の法則)に基づいています。この土台となる磁場を作り出すのが界磁石です。一般的なDCモーターでは、外側のケースに固定された永久磁石がこれにあたります。一方、中心で回転する部分は電機子(ローター)と呼ばれます。界磁石の磁力が強いほど、また電機子に流れる電流が大きいほど、モーターの回転する力は強くなります。

種類 主な特徴 用途
永久磁石式 電源不要で磁力を維持できるが、強さの調整は困難 模型用モーター、小型家電
電磁石式 電流の強さで磁力を制御できるが、励磁用の電源が必要 大型産業用モーター、発電機
コラム

電磁石を界磁石として利用する場合、乾電池を直列につなぐことで電流を大きくし、磁力を強めることができます。また、簡易的なコイルモーターの実験では、回転し続けるためにエナメル線の一方の端を半分だけ剥がす工夫がなされます。これは、半回転ごとに電流を遮断することで、磁力による反発と引き合いのタイミングを調整し、回転方向を一定に保つためです。なお、モーターの軸を外部から強制的に回すと、界磁石の磁界の中でコイルが動くため、電磁誘導によって電流が発生します。これが発電機の基本的な仕組みです。

小学生のみなさんへ

モーターの中をのぞくと、まわりにぴったりとはりついている磁石があります。これが界磁石かいじしゃくです。この磁石が作る磁石の力(磁界じかい)と、中にあるコイルに流れる電気の力が合わさることで、モーターは勢いよく回ります。

電磁石でんじしゃくを使ったモーターでは、電池を直列につないで電気を強くすると、磁石の力が強くなってモーターがもっと速く回るようになります。また、実験で使うコイルモーターでは、エナメル線の端を半分だけけずることがあります。これは、電気が流れたり止まったりするようにして、同じ方向に回り続けるようにするための工夫です。

ルラスタコラム

モーターと発電機は、実は兄弟のような関係です。モーターに電気を流すと回りますが、逆に手で無理やり回すと電気が生まれます。身近なところでは、自転車のライトを点灯させる発電機も、この仕組みを利用しているんですよ。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 モーターの内部で、回転するために必要な磁場(磁界)を作り出す役割を持つ部品を何というか。
界磁石
【応用】 電磁石を界磁石として使用する際、モーターの回転をより強くするために、電池のつなぎ方をどのように工夫すればよいか。
電池を直列につなぐ(電流を大きくすることで電磁石の磁力を強めるため)。
【実践】 簡易的なコイルモーターの製作において、エナメル線の片側の被膜を半分だけ剥がすのはなぜか。
半回転ごとに電流を遮断することで、磁力の働く向きを調整し、同じ方向に回転し続ける力を得るため。

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