電流と磁界の予想問題5問——向きを決める2つの条件のミスを1問ずつ解説

答え：磁界の向きは反時計回りで、方位磁針のN極は東を指します

考え方：まっすぐな導線を流れる電流のまわりには、導線を中心とした同心円状の磁界ができます。向きは右ねじの法則で決まり、右ねじが進む向きに電流を流すと、ねじを回す向きが磁界の向きになります。

解き方：電流は下から上、つまり真上から見ている自分に向かって流れています。右手の親指を自分のほうへ向けて残りの指をにぎると、指は反時計回りに回ります。導線の真南の点で反時計回りの向きをたどると、西から東へ進む向きになるので、N極は東を指します。

よくあるミス：① 見る向きを取りちがえるミス。電流が「向こうへ遠ざかる」ときは時計回り、「こちらへ向かってくる」ときは反時計回りに見えます。どちらから見ているかを最初に決めましょう。② 方位磁針のN極が導線のほうを指すと考えるミス。N極は磁界の向き、つまり円の接線の向きを指します。

確かめ：電流の向きを上から下に変えると、磁界は時計回りになり、真南の方位磁針のN極は西を指します。電流の向きを逆にすると磁界の向きも逆になる、というきまりと合っています。

答え：アとイです

考え方：磁界の中を流れる電流は、磁界から力を受けます。力の向きは、電流の向きと磁界の向きの2つで決まり、どちらか一方を逆にすると力の向きも逆になります。

解き方：ア は電流だけが逆なので、力は逆で奥に動きます。イ は磁界だけが逆なので、これも奥に動きます。ウ は両方を逆にしているので、逆の逆でもとの向きにもどり、手前に動きます。エ は向きを変えていないので手前に動き、動き方が大きくなるだけです。答えはアとイです。

よくあるミス：① ウ も「逆にしたから奥」と選んでしまうミス。2つとも逆にすると、力の向きはもとにもどります。② エ で電流を大きくすると向きも変わると考えるミス。電流の大きさや磁石の強さは、力の大きさを変えるだけで、向きは変えません。

確かめ：向きを決めるのは「電流の向き」と「磁界の向き」の2つだけです。逆にした数が1つなら逆向き、2つならもとの向き、0なら同じ向き、と数えるとまちがえにくくなります。

答え：電流は0.3Aから0.6Aになり、もとの2倍です。コイルの動きは大きくなります

考え方：電流はオームの法則で、電圧を抵抗でわって求めます。電流が磁界から受ける力は、電流が大きいほど大きくなります。

解き方：20Ωのときの電流は、6.0Vを20Ωでわって0.3Aです。10Ωにかえると、6.0Vを10Ωでわって0.6Aになります。0.6Aは0.3Aの2倍なので、コイルが受ける力も大きくなり、動きは大きくなります。

よくあるミス：① 抵抗が小さくなると電流も小さくなると考えるミス。電圧が同じなら、抵抗が小さいほど電流は大きくなります。② 抵抗を変えるとコイルの動く向きも変わると考えるミス。抵抗を変えても電流の向きは変わらないので、動く向きは同じで、大きさだけが変わります。

確かめ：10Ωに0.6Aが流れるとき、電圧は10の5分の3で6.0Vになり、電源の電圧と一致します。抵抗が半分になると電流が2倍になる、という関係とも合っています。

答え：アは左、イは左、ウは右、エは振れません

考え方：コイルの中の磁界が変化すると、コイルに電流が流れます。これを電磁誘導といい、流れる電流を誘導電流といいます。誘導電流の向きは、「磁石の極」と「近づけるか遠ざけるか」の2つで決まり、どちらか一方を逆にすると向きも逆になります。

解き方：基準は「N極を近づける → 右」です。ア は近づける→遠ざけるの1つだけが逆なので左。イ は極だけが逆なので左。ウ は極も動かし方も逆なので、もとにもどって右。エ は磁石が動いておらず、コイルの中の磁界が変化しないので振れません。

よくあるミス：① エ で「磁石がコイルの中にあるから電流が流れる」と考えるミス。誘導電流が流れるのは磁界が変化しているあいだだけです。磁石があるだけでは流れません。② ウ を「S極で、しかも遠ざけるから左」と考えるミス。逆にしたものが2つあると、向きはもとにもどります。

確かめ：問題2の「電流が磁界から受ける力」と同じく、逆にした数が1つなら逆向き、2つならもとの向きになっています。

答え：100回変わります。直流は電流の向きが一定で変わりませんが、交流は電流の向きが周期的に変わります

考え方：周波数（Hz）は、交流の変化が1秒間にくり返される回数です。1回のくり返しの中で、電流は「一方の向き」と「逆の向き」を1回ずつ流れるので、向きが変わるのは1回のくり返しで2回です。

解き方：50Hzなら1秒間に50回くり返すので、向きが変わる回数は50回の2倍で100回です。乾電池のように向きが変わらない電流が直流、家庭のコンセントのように向きが周期的に変わる電流が交流です。

よくあるミス：① 周波数の50Hzをそのまま「50回」と答えるミス。50Hzは「くり返しの回数」で、向きの変わる回数はその2倍です。② 交流は電流の大きさだけが変わると考えるミス。交流では電流の向きも変わり続けます。

確かめ：発光ダイオードは決まった向きにしか電流を流さないので、交流につなぐと、ついたり消えたりをすばやくくり返します。直流につなぐと、つき続けます。向きが変わるかどうかのちがいと合っています。

まっすぐな導線に電流を流したとき、右ねじが進む向きに電流を流すと、ねじを回す向きに磁界ができる、というきまりです。電流がこちらへ向かってくるように見ると、磁界は反時計回りになります。

電流の向きか磁界の向きのどちらか一方を逆にします。両方を逆にすると、力の向きはもとにもどります。

磁石を速く動かす、磁石を強くする、コイルの巻数をふやす、の3つが基本です。磁石を止めると磁界が変化しないので、誘導電流は流れません。