電磁気学
電磁誘導、ファラデー=レンツの法則
コイルを貫く磁束が磁場と回転角で変わる様子を観察します。 とファラデー–レンツの法則 を、誘導起電力の符号と大きさで確かめます。
器具
- 一様磁場中の仮想コイル、キャンバスに3D投影
- 磁場レベルのスライダー
- コイルの角度・回転速度スライダー
- 誘導起電力のグラフと一時停止ボタン
手順
回転角で磁束を変える
磁場を固定し、角度スライダーでコイルを回します。コイル面が磁場に垂直なとき磁束は最大、平行なときゼロです。グラフの値を読み と比較します。
起電力の符号を確かめる
磁場スライダーを増減させ、 の符号が反転するのを見ます。誘導電流は磁束の変化に逆らいます。これがレンツの規則、すなわち の負号です。「一時停止」で符号反転の瞬間を正確に読みます。
磁束変化の速さを変える
角度・速度スライダーを上げて同じ振幅で磁束を速く変化させると、 の振幅は に比例して大きくなります。動かす前に の波形が横に広がるか縦に高くなるか予測し、照合しましょう。
シミュレーション
実験の歴史
1831年8月29日、マイケル・ファラデーは電磁誘導を発見しました。鉄環に巻いた第2コイルには、第1コイルの電流を入切した瞬間――すなわち磁束が変化する間だけ――電流が流れました。アルバニーのジョセフ・ヘンリーもほぼ同時期に同じ現象を見つけましたが発表が遅れました。
1834年ハインリヒ・レンツが誘導電流の向きの規則を述べ、1845〜1846年フランツ・ノイマンが の定量式を与えました。マクスウェルは1861〜1865年に誘導を場の方程式に組み込みました。この原理は今日のすべての発電機と変圧器に使われています。