電磁石の強さの測定実験(2008.10.30)

　電磁石を作ることは簡単なように思えるのですが，実は，子どもたちはけっこう難しがります。
　小学校の授業では，よく鉄釘を入れたストロー（あるいはキットの糸巻き？）に導線（エナメル線）巻き付けていくのですが，毛糸や糸を巻くのとは違い，針金にねじれが出てくると，巻けなくなってくるのです。それまで普通に生きてきた子どもたちにとって，針金を巻くという経験は全くないから，無理もないことなのです。くるっと1回転した針金は，なかなか元に戻りませんからね。大人でもこまるときがあるくらいです。
　そこで，今回はいい方法を教えてもらいました。
　針金の先をスタンドに固定して，電磁石の方を回転させながら巻いていくと，とてもキレイにスムーズに巻くことができるのです。これはとてもいいです。自分が少しずつスタンドに向かって動いていかなければなりませんが，キレイに巻けるので，子どもたちにもできるのではないかと思います。またコイルを2重に巻いていくときには，1重めの部分をセロテープで固定してから巻くとキレイに巻けるということも教えてもらいました。
　こういう知識は，知っている人にとっては何でもないことなのですが，知らない人にとっては，とても参考になることだと思います。

　電磁石の強さと電流の関係を調べます。
　ゼミ生が作った電磁石は全てちがいます。
　それは，銅線（ホルマル線）の直径の違い（1mm，0.7mm，0.4mm）と巻き数の違い（50回，100回，150回）です。ちなみに，わたしが作ったのは，径が0.7mmで50回巻のコイルです。
　そして，電磁石（直径0.7mm，50回巻）と電池（３V）とボリューム（可変抵抗器５Ω）と電流計をつなぎ，回路を作ります。
　その回路は右の写真のようなものです。

（１）上皿天秤を用意する。その一方の皿の上に永久磁石（フェライト磁石）を置く。その永久磁石の重さと釣り合うだけのおもりを，反対側の皿にも乗せておく。
（２）鉄製スタンドに電磁石を取り付け，一方の極をギリギリまで永久磁石に近づける。電流を流したときに，電磁石と永久磁石が反発するように置く（もし引きつけ合ったら，電池を反対にすればいいだけだから，実際には適当でよい）。
（３）上皿天秤の一方の皿（おもりが乗っている方）に100mgの分銅を乗せる。
（４）上皿天秤が釣り合うように，ボリュームを回し，電流の強さを調節する。
（５）釣り合ったときの電流の強さを読む。

　以下，（３）～（５）までを，おもりを100mgずつ増やしながら，ボリュームが振り切るまで続ける。

　上の（２）の時がちがいます。鉄製スタンドに電磁石を固定して永久磁石と向かい合うようにするのですが，鉄芯が入っているため電流を流さないときも引き合う力が働いています。そこで，電磁石(鉄芯）を近づけても，上皿天秤の皿の上の永久磁石が動かない場所で固定します。すると，右の写真のように，皿と電磁石の間は５㎝～10㎝くらい離れることになります。

測定結果は，以下の通りです。

【コイルのみ】　5mm離れて
　100mg　　　　　0.5A
　200mg　　　　　1.2A
　300mg　　　　　1.9A
　400mg　　　　　2.5A
　500mg　　　　　3.2A
　600mg　　　　　4.0A
【鉄芯入り】　　5㎝離れて
　100mg　　　　　0.8A
　200mg　　　　　1.6A
　300mg　　　　　2.5A
　400mg　　　　　3.1A
　500mg　　　　　4.0A
　600mg　　　　　4.5A