中2物理【発電機のしくみ】

→【電磁誘導(カンタンVer)】←で電磁誘導の基本的な考え方を理解しておきましょう。

※直流と交流については→【直流と交流】←を参考に。

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1.発電機の仕組み

電磁誘導という現象では、磁石を動かすだけで(誘導)電流が作り出すことができます。
ですので、この電磁誘導という現象は発電機に利用されています。
その仕組みを見ていきましょう。
→【電磁誘導(カンタンVer)】←で電磁誘導の基本的な考え方を理解しておきましょう。

発電機の基本構造はとても簡単。
コイルのそばで磁石が回転するようになっている、それだけです。(↓の図)

この図を利用して発電機のしくみを説明します。

いま、この磁石が反時計回りに回転しだしたとしましょう。

①コイルの右端からN極が遠ざかり出します。

↓の図のように、コイルの右端からN極が遠ざかったときです。

コイルの右端は、磁石のN極が遠ざかるのをさまたげたい。
(N極にもどってきてほしい)
だから、コイルの右端にS極が出てきます。(↓の図)

このとき右手の法則より検流計には右向きの誘導電流が流れます。

②次にコイルの右端にS極が近づき出します。

先ほどの図から少し回転して、↓のようにコイルの右端にS極が近づいたときです。

コイルの右端は、磁石のS極が近づくのをさまたげたい。
(S極に遠ざかってほしい)
だからコイルの右端にS極が出てきます。(↓の図)

このとき右手の法則より検流計には右向きの誘導電流が流れます。

③そしてコイルの右端からS極が遠ざかり出します。

②のときよりもさらに回転し、↓のようにコイルの右端からS極が遠ざかったときです。

コイルの右端は、磁石のS極が遠ざかるのをさまたげたい。
(S極にもどってきてほしい)
だからコイルの右端にN極が出てきます。(↓の図)

このとき右手の法則より検流計には左向きの誘導電流が流れます。

④最後にコイルの右端にN極が近づきだします。

③のときよりもさらに回転し、コイルの右端にN極が近づいたときです。(↓の図)

コイルの右端は、磁石のN極が近づくのをさまたげたい。
(N極に遠ざかってほしい)
だからコイルの右端にN極が出てきます。(↓の図)

このとき右手の法則より検流計には左向きの誘導電流が流れます。

⑤まとめると・・・

①~④での誘導電流の向きは、検流計のところで

①右向き
②右向き
③左向き
④左向き

と①②と③④では生じる誘導電流の向きが異なりました。

このように発電機から取り出せる(誘導)電流は周期的に向きや大きさが変わります。
このような電流を交流と言います。

※直流と交流についての詳しい説明は→【直流と交流】←を参考に。

①⇒②⇒③⇒④⇒①⇒②⇒…の繰り返しで、磁石が回転し続けるかぎり(誘導)電流が流れます。

これを「横軸:時間 縦軸:(誘導)電流」でグラフ化すると以下のようになります。

このように波の形になるのです。
ちょうど磁石が横向きになった瞬間、誘導電流が0になります。
コイルの軸と磁石の向きが同じ瞬間、発電機では電流が流れないことを覚えておくと便利です。

※火力発電・風力発電・水力発電など・・・さまざまな発電方法がありますが、結局のところ「磁石を回転させる方法」が異なるというだけです。

火力発電…化石燃料(石油・石炭など)を燃焼させ、水を加熱し、その蒸気で回転させる。

水力発電…水を下向きに流して、羽根車を回転させる。

風力発電…風の力で風車を回転させる。

原子力発電…ウランという物質を核分裂させた熱で水を加熱し、その蒸気で回転させる。

これらの発電所から電流が送られてくるので家庭に送られる電流はすべて交流です。

※発電については→【さまざまな発電】←を参考に。

上記の発電装置では取り出せる電流はわずかなので、実際はもっと複雑な構造をしています。
↓試験でよく出る形

さらには、電柱に備え付けられている「変圧器」と呼ばれる装置で各家庭や工場にはより大きな電流を送っています。

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