ガンプラのために学ぶファラデーの電磁誘導

ワイヤレスLEDの点灯実験で購入したワイヤレスLEDが点灯するのは分かったものの、ガンプラで使うためには給電用のコイルからワイヤレスLEDを離したいと考え、今更ながら電磁誘導などについて勉強を始めました。

ワイヤレスLEDの点灯実験については、以下の記事にまとめています。

ガンプラのワイヤレスLEDによる電飾:お試し実験
電子部品で有名な秋葉原の秋月電子通商でワイヤレス給電ユニットとワイヤレスLEDをみつけ、ガンプラの電飾に使えないかと思い早速購入しました。ワイヤレス給電については分からないことが多いのですが、ワイヤレスLEDの点灯実験結果をまとめています。

ワイヤレスLEDが点灯するのは、ワイヤレスで給電されているからで、それも交流らしいことまでは分かりました。

どうやら、電磁誘導が関連しているようなので、頭の整理を兼ねて、右ねじの法則とファラデーの電磁誘導の法則について振り返ってみます。

なお、ここで紹介する内容については、技術的な裏付けがある訳ではなく、あくまでも私の個人的な考えなのでご注意ください。
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右ねじの法則

右ねじの法則は、電流の流れと磁場との関係を表す法則のことです。

導線(銅線)に電流が流れると、その導線の周りに磁場が発生します。

磁場の向きは、下図の様に電流が流れる方向に向かって右回り(時計回り)になります。

右ねじの法則

右ねじの法則

図 右ねじの法則

普通のねじは右ねじで、ドライバーでねじを締める場合には、時計周り(右回り)に回します。

上図の親指の方向が電流、他の指(4指)が、回転方向を示しています。

なお、電流と磁場とを入れ替えても同じ関係になります。

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ファラデーの電磁誘導の法則

コイルに磁石を近づけると電磁誘導により電流が流れます。

下図の様に、磁石を動かすと、磁場が変化し、電流が流れます(電気が発生します)。

磁石とコイルによる電磁誘導のイメージ

磁石とコイルによる電磁誘導のイメージ

図 磁石とコイルによる電磁誘導のイメージ

磁石をコイルに近づけると磁石による磁場がコイルに近づきます。

この磁場が近づくのを妨げるように、磁場が発生します。

つまり、右ねじの法則の向きに、コイルに電流が流れます。

では、磁石をコイルから遠ざけると、コイルは磁石を引き付けようとして、反対向きの磁場を作ります。

つまり、右ねじの法則により電流が流れます。

この様な電磁誘導現象を、「ファラデーの電磁誘導の法則」、発生する磁場の向きについては、「レンツの法則」と呼ばれています。

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電磁誘導の使用例

磁界の変化により電流が流れる電磁誘導を利用したモノは、身近なところで使われています。

  • モーターは、電力を与えて、回転力を得ています。
  • 発電機は、回転力から電力を得ています。
  • ACアダプタなどに使われているトランスは、電圧を変換しています。
  • 渦電流式のセンサは、導体に流れる電流の変化を利用しています。

まとめ

ワイヤレスLEDが点灯するのは、どうやら、電磁誘導が関連しているようなので、頭の整理を兼ねて、右ねじの法則とファラデーの電磁誘導の法則などについて振り返ってみました。

ここでは、以下の項目について説明しました。

  • 右ねじの法則
  • ファラデーの電磁誘導の法則
  • 電磁誘導の使用例
はかせ

振動制御を学んだおかげで、モデリングと制御系設計、実験・計測、CAEと幅広く学び、出会いとチャンスにも恵まれ工学博士になりました。
CAEが珍しくない今だからこそ、実験やリアルなモノづくりの体験がより重要になっていると考えています。

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