電磁気学
交流
磁場中で回転するコイルのモデルと i(t) グラフで正弦交流を観察します。、、実効値 を確かめます。
⚠ シミュレーションに危険はありませんが、商用交流で実験する場合は絶縁変圧器とヒューズを使い、通電中の回路には絶対に触れないでください。
器具
- 「物理モデル」3D キャンバス：磁場中で回転するコイル。ドラッグで視点回転
- 「定量関係」キャンバス：パラメータに連動する i(t) グラフ
- スライダー「磁束密度 / レベル」（0.10–1.00 T）
- スライダー「角度 / 速度」（倍率 0.33–2.22）
- 各パネルの「一時停止 / 再開」ボタン。読み出し「i(t)=I₀ sin(ωt), T=2π/ω; 実効値 = I₀/√2 = …」
手順
磁場で振幅を変える
「1. 物理モデル」でスライダー「磁束密度 / レベル」を 0.10 から 1.00 T へ動かし、コイルとグラフを観察します。誘導起電力は磁束に比例するため振幅 I₀ は B に比例します。2つの B で「実効値 = I₀/√2 = …」を読み、実効値の比が B の比と一致することを確かめ、 と照合します。
角周波数を変える
「角度 / 速度」を上げると、コイルが速く回り「2. 定量関係」のグラフに同じ時間でより多くの周期が詰まります。ω が増えて が短くなるためです。2つの速度設定でグラフの周期数を数え、その比が表示倍率（例：×2.00 は ×1.00 の2倍）と一致するか比較します。
グラフを止めて位相を読む
グラフ下の「一時停止」を押して i(t) を止めます。表示中の瞬間の i を読み、 と照合します。コイル面が磁場と平行のとき磁束は 0 ですが変化率が最大で i は最大になります。「再開」で点が再び動きます。
予測と照合
まず予測します。「角度 / 速度」を2倍にすると振幅が変わるか、周波数だけが変わるか。最大起電力 なので、回転を速くすると周波数も振幅も増えます。B を固定して速度を変え、実効値の読み出しで確認します。次に速度を固定して I₀(B) の表を作り、線形関係を確かめます。
シミュレーション
実験の歴史
1831年、マイケル・ファラデーは電磁誘導を発見しました。回路を貫く磁束の変化が起電力を生じ、これがあらゆる交流発電機の原理です。1832年、イポリット・ピクシーは回転磁石を使う最初の発電機を作りました。実際には交流を発生し、機械的整流で直流に変換していました。
1880年代、ガリレオ・フェラーリスとニコラ・テスラが独立に多相方式と誘導電動機を提案しました。「電流戦争」では変圧器（リュシアン・ゴラールとジョン・ギブズ、1881–1884年）で高電圧の長距離送電と降圧が可能になったウェスティングハウス–テスラの交流方式が、エジソンの直流方式を制しました。マクスウェルが完成させた電磁場理論（1865年）が全体の理論的基盤です。