【理科】電磁石は遊びながら学ぼう

こんにちは。

先日、我が家の坊が塾で電磁石について勉強してきましたが、いまいちピンと来ておらず、単純に覚えただけのような感じだったので、どうしたら理解を深められるかを考え、実験セットを購入して体験しようと思い立ち、さっそくネットショッピングで実験道具を購入しました。

やはり、実験すると楽しみながら学習ができていいですね。

本日は、その実験の様子を踏まえて、電磁石についてご紹介します。

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電磁石とは

電磁石とは、導線に電流を流すことで、その周りに磁場を生じさせる装置のことを指します。

電磁石は、導線に電流が流れると、その周りに磁場が発生します。この磁場は、導線に平行な方向に磁力線が流れます。この磁場によって、導線が磁石のように振る舞い、他の磁性体を引き付けたり、反発させたりすることができます。このように、電磁石は、電気と磁気の相互作用によって、磁力を生じる装置として利用されます。

電磁石は、様々な用途に使用されます。例えば、電磁石を用いて電動機を作ることができます。また、電磁石を使って、扇風機やドアベルなどの家電製品を動かすことができます。また、電磁石は、リレーなどの電気部品や、MRI（磁気共鳴画像法）などの医療機器などでも利用されています。

電磁石の学習のポイント

中学受験で電磁石を学ぶ上で重要なポイントは以下の通りです。

1. 電流が流れると磁場が発生することを理解する
   • 電磁石は、電流が流れると周りに磁場が発生する性質を持ちます。この磁場は、コンパスを使って確認できます。
2. 電磁石と永久磁石の違いを理解する。
   • 電磁石は、電流が流れると周りに磁場が発生する（永久磁石は常に磁場が発生している）。
   • 電磁石の磁場は磁極の向き（S極とN極）が変わる。（永久磁石は磁極の向きは変わらない）。
     • 磁場は電流の方向によって変化するため、電流の方向によって磁極の向き（S極とN極）が変わります。
     • 磁場はコイルを巻く向きによっても磁極の向きが変わります。
   • 電磁石は以下の要素を変えることで磁力の大きさを変えることができる（永久磁石は磁力の大きさが変わらない）。
     • 電流の大きさ：大きいほど磁力が大きくなる。
     • コイルの巻き数：コイルの巻き数が多いほど磁力が大きくなる。
     • 鉄芯の太さ：鉄芯が太いほど磁力が大きくなる。
3. 磁場と磁力線の関係を理解する 。
   • 磁場は、南北の磁極を持つ磁石の周りに磁力線を描く形で存在します。磁力線は磁場の強さや向きを表し、磁石の引力や斥力の原因となります。

以上のポイントを理解しておくことで、中学受験の電磁石に関する問題に対応できるようになります。

実験の紹介

この学習のポイントを坊に説明するのですが、説明した後にわかったのかを聞くと「わかった」とは言ってくれます。

しかし、電磁石のポイントについて説明すると、いまいち理解が進んでないことがわかったので、実験することにしました。

最近は、理科の実験道具もAmaz○nなどの通販サイトで１０００円程度で購入できるんです。

それくらいの出費で楽しく学習できるのであれば購入しない理由はないということで、購入して実験してみました。

実験道具の付属品としてコンパスが付属されていましたので、電流を流すと磁力が発生することと、電池の入れる向きを変えることで、磁極が変わるのかを実験してみました。

まずは、電流を流すことで磁力が発生する実験です。

下の写真は電流を流していない状態です。

電流を流すと磁力が発生したことがわかります。電磁石の右側がN極になっていることがわかります。

電池の向きを変えてみると、磁極が変わりました。写真では電磁石の右側がS極になっています。

電磁石の磁場の向きがわかります。

上の写真に磁界の向きを書き込んでみました。

コイルの先端から輪ゴムを半分に切ったような形の磁界が発生していることがわかります。

下側の磁界も同じです。

電池の位置を入れ替えると、磁極（S極とN極が入れ替わります）。

次に、流す電流の大きさで磁力の強さが変わるかという実験です。

まずは、乾電池１本のときには釘が4本くっつきました。

これが乾電池2本の場合は釘が7本くっつきました。

このことにより、電流の大きさで磁力の強さが変わることがわかります。

これ以外にも実験を行いましたが、体験することでより理解が深まりますね。

今日も、一歩前へ。

では、また。