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セルフ塾は閉めましたが、そのままの名前でブログを続けます。独学,独習。教わるより,学ぶを重視。 セルフラーニングの方法,英語,数学などの情報を発信するつもりです。

中学生のための電動機(モーター)の原理
 これから、中学生のために、モーターがなぜ回るのかについて書きます。
その前に、
1,磁石は異なる極同士(N極とS極)は引き合う力(引力)が働き、、同じ極同士(N極とN極、S極とS極)は、反発する力、斥力(せきりょく)が働くこと

2、コイルに電流を流すと磁石になる、磁界を帯びること、

3、電流の流れが逆になると、コイルの極が反対になること、

4、そして、整流子によって、電流が逆に流れることについての理解はできているものとします。
 整流子の原理については、次のページを参照ください。

整流子の分かりやすい教え方


 中学生に、理解してもらうために、話を作りました。次の話は、フィクションです。ただモーター(電動機)の知識については正しいです。

 Y氏は、磁石の力を使って、回転するもの(モーター)を作ることができるのではないか、と考えました。

 磁石には、引き合う力、反発する力があるので、その力を利用するのです。

 両端に N極とS極を設置します。

 そのあいだに、回転することのできる棒磁石を置きます。

 次の図のような場合、N極はS極に、S極はN極にひかれるので、時計回りに回転が始まります。

motor1.jpg


 そして、その勢いで、両端に備えられた磁石を超えて、動きます。これを慣性の力と言います。急に止まることはないのです。

motor2.jpg


 しかし、それを越えると、両端に備えられた磁石によって棒磁石は引き寄せられて、これまでの運動とは逆向き、反時計回りに動きます。

motor3.jpg


 回転を続けることができないのです。

 そこでY氏は考えました。

 両端の磁石の極を通り過ぎた瞬間に、別の極に変えることはできないかと。
 つまり N極がS極に、S極がN極に変えることができないかと考えたのです。
motor4.jpg

 それができれば、回転を続けることができるはずです。

 同じ極同士だと反発する力が働きます。近づくときには両端の磁石とは、異なる極になり、それをすぎると同じ極になればいいのです。

 図の右側を見てください。
 棒磁石の N極はS極にひかれて時計回りに回転していきます。
 S極を過ぎた瞬間に 棒磁石のN極がS極に変われば、反発する力、斥力が働きます。

 すると、この棒磁石は、そのまま時計回りの回転を続けることができます。

 そこでY氏は考えました。
 どうにかして一瞬にして棒磁石の極を変えることができないかと。

 そこで考えたのが、電磁石です。
 コイルに電流を流すと磁石になります。磁界を帯びるのです。両端がN極とS極になります。

 そして、電流の向きを逆にすると、このN極とS極は全く逆になります。

motor5.jpg


 そこで、電磁石(鉄にコイルを巻いたもの)を、棒磁石の代わりにします。

 そして、両端に備えられた磁石を通り過ぎた瞬間に、電流の向きを逆にすれば、回転を続けることができるはずです。

 Y氏は、次に、一瞬にして電流の向きを逆にすることができないか考えました。そこで思いついたのが、整流子です。

 整流子だと、一瞬にして電流の向きを逆にすることができます。

 それで、次のように、磁石はコイルの磁石に近づくときには異なる極になるようにします。

motor7.jpg


次の瞬間、電流は流れません。だから、電磁石ではなくなります。しかし、勢いがついているので、そのまま同じ方向に動き続けます。

motor8.jpg

次の場合、。整流子のため電流が逆に流れます。
極が逆になります。
近くにある磁石は同じ極になるので、反発する力が働きます。
motor9.jpg

このように 電流が流れているかぎり、同じ向きの回転を続けることができるのです。モーターの完成です。




この本は「セルフ塾のブログ」の記事の中から、中学理科(物理)に関するものを集めたものです。
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