電磁誘導と発電
家庭のコンセントから流れる電気はどうやって作られるのでしょう。電気を発生させる仕組み「電磁誘導」を学びます。
基本知識
電磁誘導とは、コイルの中の磁界が変化すると、コイルに電流が流れる現象です。1831年にファラデーが発見しました。
このとき発生する電流を誘導電流、電圧を誘導起電力と呼びます。電流の向きは、磁界の変化を妨げる向きに流れます(レンツの法則)。
誘導電流を大きくするコツ:
① 磁石を速く動かす
② 強い磁石を使う
③ コイルの巻き数を増やす
逆に、磁石が動かない・コイルが動かないなら電流は流れません。「変化」が鍵です。
📘 重要用語
電磁誘導（磁界の変化で電流が生じる現象。ファラデー発見）
誘導電流（電磁誘導で生じる電流）
レンツの法則（誘導電流は磁界の変化を妨げる向きに流れる）
直流 (DC)（一定の向きに流れる電流。乾電池が出す電流）
交流 (AC)（向きが周期的に変わる電流。家庭のコンセント）
発電機（電磁誘導で電気を発生させる機械）
電磁誘導（磁界の変化で電流が生じる現象。ファラデー発見）
誘導電流（電磁誘導で生じる電流）
レンツの法則（誘導電流は磁界の変化を妨げる向きに流れる）
直流 (DC)（一定の向きに流れる電流。乾電池が出す電流）
交流 (AC)（向きが周期的に変わる電流。家庭のコンセント）
発電機（電磁誘導で電気を発生させる機械）
深掘り (背景・意義)
発電機は電磁誘導を利用した機械で、コイルを磁界中で回転させることで連続的に電流を生み出します。火力・水力・原子力・風力・地熱発電も、最終的にはタービンを回して発電機を駆動する仕組みです。
家庭のコンセントは交流(AC)で、日本では:
・東日本: 50Hz(1秒に50回向きが変わる)
・西日本: 60Hz(1秒に60回向きが変わる)
と分かれています。これは明治時代の機械輸入時の名残です。
交流が選ばれた理由は、変圧器(トランス)で電圧を簡単に変えられるからです。発電所で数十万Vに昇圧して送電し、変電所で順次降圧し、家庭まで100Vで届けます。これにより送電損失 ( I²R ) が抑えられます。
電気自動車や太陽光発電は直流(DC)で発電するため、家庭用にはインバーターで交流に変換します。
💡 ポイント
- 電磁誘導: 磁界の変化で電流発生
- 1831年、ファラデーが発見
- 誘導電流を大きくする: 磁石速く・強く・巻き数多く
- レンツの法則: 変化を妨げる向きに流れる
- 直流(DC): 乾電池・電池
- 交流(AC): コンセント。東50Hz、西60Hz
- 変圧器で交流の電圧を変えられる
注意点 (混同しやすい)
① 電磁誘導は磁界が変化するときだけ起こる。磁石を止めると電流もゼロ。② 直流と交流を区別。家庭は交流、電池は直流。③ 日本の交流周波数: 東50Hz、西60Hz。テストでよく出る。④ 発電機とモーターは逆の関係。発電機は回転→電気、モーターは電気→回転。
練習
- 電磁誘導を発見した科学者は誰か。
- 東日本の交流の周波数は何Hzか。
- 誘導電流を大きくする方法を1つ挙げなさい。