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【電磁誘導・交流】

 

地磁気による発電

長い導線を用意して導線の両端を検流計に接続して,導線を縄跳びの縄のように回転させます。すると導線中の電子は地磁気の中で移動しますから,その結果,電子が力を受け電流が流れます。

この実験はより多くの電流を検出するため,導線を8重のコイル状になったものを使用しています。使用しているケーブルはLANケーブルです。ケーブルの回転と検流計の針の動きに注目してください。

渦電流

回路に限らず,一般に導体をつらぬく磁束が変化すれば,その変化を妨げる磁界を作るように導体に電流が流れます。これを渦電流と言います。

この実験は急傾斜させた金属板上で強力磁石(ネオジム磁石)を滑らせるものです。磁石を滑らせると金属板には渦電流が生じ,これによってできた磁界と滑る磁石との相互作用によって磁石はゆっくりと滑ります。金属板の種類や厚みを変えると滑る速さも変化します。

地上放送と衛星放送を利用した光速の測定

地上波と衛星波との到達時間差から,光速を測定します。NHK総合とNHK衛星第2は19:00から同じニュースを放送しています。しかし,衛星波は地上波に比べ若干,電波が遅れて届きます(静止衛星までの往復の時間)。そこで、静止衛星までの距離が分かれば、ズレの時間差から電波の速さ(光速)が概算できます。

コマ送りで再生すると7~8コマずれています(1コマの時間間隔は1/30秒)。※ニュース映像には著作権があるため(NHK回答)、動画を見ることはできません。

注意 2011年7月24日に地上波はデジタル放送へ移行したため、現在ではこの実験を行うことはできなくなりました。

誘導電流

コイル中の磁界を変化させると,コイルにはこの変化を妨げる磁界を作るような電流(誘導電流)が流れます。この現象は電磁誘導と呼ばれ,生じた起電力を誘導起電力と言います。この実験はオシロスコープにコイルをつなぎ,バネをつけた磁石をコイル中で振動させるものです。磁石の振動と共に誘導起電力が変化するようすを観察します。

自己誘導

1次コイルに交流電流(正弦波)を流すと,コイル中にはこの変化に伴う磁界の変化が生じます。このとき,2次コイルにはこの変化を妨げる磁界を作るような起電力が生じます。このように,他のコイルに流れる電流がつくる磁束によってコイルに起電力が発生する現象を相互誘導と言います。

相互誘導

1次コイルに交流電流(正弦波)を流すと,コイル中にはこの変化に伴う磁界の変化が生じます。このとき,2次コイルにはこの変化を妨げる磁界を作るような起電力が生じます。このように,他のコイルに流れる電流がつくる磁束によってコイルに起電力が発生する現象を相互誘導と言います。

直流と交流(実効値)

直流の場合,抵抗間の電圧はその抵抗に常に加わる電圧を示します。一方,交流の場合は実効値を示します。交流における実際の電圧は+-が交互に入れ替わり,その最大値は実効値の約1.4倍になります。

この実験は,2つの電球にそれぞれ同じ電圧の直流と交流を流し,このとき電球に加わる電圧をオシロスコープを使って測定します。

直流と交流のLED点灯

直流と交流について,LED(発光ダイオード)を点灯させ,その導線を持って回転させます。LED(発光ダイオード)は一方向にしか電流を流さない性質を持っており,直流の場合は常に点灯します。ところが,交流の場合は電流の流れる方向が規則的に入れ替わるので,LEDが点滅をします。交流の周波数が高い場合は,点滅の様子は確認できませんが,導線を持ってすばやくLEDを回転させると,点滅する様子がはっきりと観察できます。