電磁石の左端がN極、右端がS極になっています。コイルはそのままで、乾電池のつなぎ方を反対にしたら、どうなるでしょうか。
電流の向きが反対になると、電磁石のN極とS極も入れ替わります。ここで確かめているのは、「強くなるか」ではなく、「どちらがN極になるか」です。この二つを分けて考えてみましょう。
まず、変えた条件を一つにする
同じコイルと鉄心を使い、置く向きも変えないことにします。乾電池の＋極と－極につながる導線を入れ替えると、コイルを流れる電流の向きが反対になります。
もとの左端がN極なら、つなぎ方を反対にした後の左端はS極です。右端は、S極からN極に変わります。電磁石そのものを裏返したのではありません。同じ位置の端に注目して、極が変わったと読みます。
図を比べるときは、左端にA、右端にBと名前をつけておくと整理しやすくなります。図の向きまで変わっている場合は、「紙の左側」だけで比べないようにしてください。
方位磁針のN極が近づいたら、相手は何極？
電磁石の端の近くに方位磁針を置いたとします。方位磁針のN極が、その端に向くように引きつけられました。その端は何極でしょうか。
S極です。違う極どうしは引き合います。「N極が向いたから、相手もN極」と読み違えないようにしてください。
逆に、方位磁針のN極が電磁石の端から反発する向きになったなら、その端はN極だと考えられます。問題の図では、針のどちらがN極かを凡例で確認しましょう。色だけを決めつけず、N・Sの表示を見ます。
「何極か」と「どれだけ強いか」は別の問い
電磁石の問題には、極を調べるものと、強さを比べるものがあります。方位磁針の向きを調べているのか、引きつけるクリップの数などを比べているのか。まず、観察している結果を確かめてください。
電流の向きから考えるのは、N極とS極の位置です。強さを比べるときは、電流の大きさやコイルの巻き数など、別の条件にも注目します。「電池のつなぎ方を変えた」とだけ読んで、すぐに「強くなった」と結びつけないことが大切です。
最後に、一問だけ
同じ位置に置いた同じ電磁石で、左端が方位磁針のN極を引きつけていました。コイルの電流の向きだけを反対にします。左端は、何極から何極へ変わるでしょうか。
もとはS極です。方位磁針のN極を引きつけていたからです。電流の向きを反対にすると極が入れ替わるので、左端はN極になります。
「針のN極」「電磁石の左端」「電流の向き」。一度に考えず、何を手がかりに何を決めたのか、順にたどってみてください。
実験では導線や電池が熱くなることがあります。教材の説明と先生の指示に従い、電流を流したまま放置しないでください。
磁石にくっついたら、相手も磁石？｜引き合うだけでは決められない理由
左右より、端に付けた名前を追う
電磁石の図が回転したり、見る方向が反対になったりすると、紙の左端という言葉だけでは同じ部分を追えなくなります。コイルの一方の端にA、もう一方にBと印を付けて、図を見比べましょう。電磁石を動かさず電流だけを反転したのか、装置ごと向きを変えたのかも分けて読みます。 電流の向きを一回逆にすると、AとBの磁極が入れ替わります。もう一回逆にすれば元へ戻ります。ここでは同じ巻き方、同じ鉄心、同じ位置のまま、電流の向きだけを変えるという条件です。二つの図でコイルの巻き方まで異なるときは、乾電池の向きだけでは判断できません。
例題1：二回切り替えたらどうなる？
初め、端AがN極、端BがS極です。乾電池につなぐ二本の導線を入れ替え、その後もう一度入れ替えて、初めと同じ接続に戻しました。最後のAとBは何極ですか。 答え：AがN極、BがS極です。 一回目はAがS極、BがN極。二回目はその逆で、初めへ戻ります。図の下に「初め」「一回目」「二回目」と三つの欄を作ると、途中だけを答える間違いを防げます。切り替えた回数が偶数なら元と同じ、奇数なら逆、と考えることもできますが、最初は一回ずつ確かめてください。 ここで分かるのは極の配置です。同じ端が二回N極になったからといって、磁力が二倍になったのではありません。時間順に起きた変化を足し合わせて強さにしないことが大切です。
例題2：方位磁針のどちらを見ている？
電流を流した電磁石の端Aに、方位磁針のN極が引かれるように向きました。磁針の近くでは電磁石の影響が十分に大きいものとします。電流の向きだけを逆にした後、端Aに引かれるのは方位磁針のN極とS極のどちらですか。 答え：S極です。 最初にN極を引いたAはS極です。電流を反転した後のAはN極になるため、今度は磁針のS極が引かれます。最初の磁針、最初のA、反転後のA、反転後の磁針、と順に四つを並べて追いましょう。「Nが向いたからN」と短くすると、違う極が引き合う関係を一度飛ばしてしまいます。 方位磁針は地球の磁場の影響も受けます。電磁石から離れた位置や、電流が非常に小さい条件なら、針が単純に端を指すとは限りません。問題が針の向きで極を判定できる状況を設定しているかを確かめます。図の見え方だけで実際のどんな距離にも一般化しないでください。 強さを比べる問題へ進んだら、巻き数、電流の大きさ、鉄心などの条件を別に一覧にします。極を調べた結果と、持ち上げたクリップの数は違う観測です。何の性質を確かめているのかを一文で言ってから、実験の表を読むと整理しやすくなります。