【電験三種・理論】レンツの法則｜誘導電流の向きを決める右ねじの法則

「レンツの法則って何?」「誘導電流の向きはどうやって決まるの?」「右ねじの法則って、どう使うの?」

そんな疑問を抱えているあなたへ。電験三種で頻出のレンツの法則と右ねじの法則を、今日こそ完璧にマスターしましょう。

結論から言うと、レンツの法則とは「誘導電流は必ず変化を妨げる向きに流れる」という超シンプルな法則です。そして、その電流の向きを具体的に見つける道具が右ねじの法則なんです。

この記事では、「変化は嫌われる」という自然界の普遍的な性質から、レンツの法則を理解していきます。中学生でも完璧に分かるよう、身近な例えをたくさん使いますので、安心してついてきてくださいね。

レンツの法則とは? - 自然界は変化を嫌う

レンツの法則を一言で表すと、こうなります。

難しそうに聞こえますが、実はこれ、「押されたら押し返す」「熱いものから逃げる」といった、私たちが日常で経験している反応と全く同じなんです。

自然界のあらゆるものは、変化を嫌がる性質を持っています。その性質が、電磁誘導の世界でも現れたのが、レンツの法則なんですね。

身近な例で理解:変化への抵抗

例①:押されたら押し返す

誰かに突然押されたら、あなたはどうしますか? きっと反射的に押し返そうとしますよね。

これは「作用・反作用の法則」と呼ばれる物理現象で、力を加えられると必ず反対向きの力が生まれます。レンツの法則も、これと全く同じなんです。

例②:熱いものから逃げる

熱々のフライパンが近づいてきたら、思わず手を引っ込めますよね。これも「変化(熱くなること)を避ける」反応です。

体が「このままだと火傷する!」と判断して、変化を妨げる行動(手を引く)を取るわけです。

例③:バネは元に戻ろうとする

バネを押し縮めると、元の長さに戻ろうとする力が生まれます。これを「復元力」と言います。

バネは「変形させられる」という変化を嫌がって、元の状態に戻ろうと抵抗するんですね。

電磁誘導でも同じことが起こる

磁石をコイルに近づけると、コイルの中の磁束が増えますよね。このとき、コイルは「磁束が増えるのは嫌だ!」と感じて、磁束の増加を妨げる向きの電流を流すんです。

逆に、磁石をコイルから遠ざけると、コイルの中の磁束が減ります。すると今度は、コイルは「磁束が減るのは嫌だ!」と感じて、磁束の減少を妨げる向きの電流を流します。

具体例:磁石が近づく場合

N極の磁石をコイルに近づけたとします。すると、コイル内の磁束が増えていきます。

このとき、コイルは「N極が近づいてくるのを押し返したい!」と考えます。どうすればいいでしょう? 答えは簡単、コイル自身がS極になればいいんです。

N極とS極は反発しますから、コイルがS極を作ることで、近づいてくるN極を押し返すことができます。これが「変化を妨げる」ということなんですね。

具体例:磁石が遠ざかる場合

今度は、N極の磁石をコイルから遠ざけたとします。すると、コイル内の磁束が減っていきます。

このとき、コイルは「N極が離れていくのを引き戻したい!」と考えます。どうすればいいでしょう? コイル自身がN極になればいいんです。

N極とN極は引き合う…じゃなくて反発しますが、コイルがN極を作ることで、離れていこうとする磁石の磁束を補おうとするわけです。まるで友達を引き留めるように、磁石を引き戻そうとするんですね。

右ねじの法則:電流の向きを見つける魔法の手

右ねじの法則とは?

「レンツの法則で電流の向きが決まる」のは分かりました。でも、実際にどっち向きに流れるのか、具体的に知りたいですよね。

そこで登場するのが右ねじの法則(右手の法則)です。これは、磁束の向きから電流の向きを一発で見つける魔法の道具なんです。

使い方:3ステップ

右ねじの法則を使うのは、たった3ステップです。

ステップ①:磁束の向きを確認する

まず、コイルの中の磁束がどちら向きに流れているか(増えているか、減っているか)を確認します。

• 磁石が近づく → 磁束が増える → 磁束は磁石の向き
• 磁石が遠ざかる → 磁束が減る → 磁束は磁石の逆向き(減少を補う向き)

ステップ②:右手の親指を磁束の向きに合わせる

右手を出して、親指を立てます。そして、親指の先を磁束の向きに向けてください。

コイルに親指を突っ込むようなイメージです。親指が磁束の流れる方向を指している状態にします。

ステップ③:残りの4本の指が巻く方向が電流の向き

親指の向きを固定したまま、残りの4本の指をコイルに巻きつけるようにカールさせます。

この4本の指が巻いている方向が、誘導電流が流れる向きです! これで完成です。

覚え方:ネジを回すイメージ

「右ねじの法則」という名前は、ネジを右回しで締める動きから来ています。

ネジを締めるとき、親指はネジが進む方向(下向き)を指しますよね。そして、他の指は右回り(時計回り)にネジを回します。

この動きをそのまま電磁誘導に当てはめれば、親指=磁束の向き、指の回転=電流の向きになるわけです。

実践例で完全理解:2つのケース

ケース①:N極が近づく場合

N極の磁石を、左からコイルに近づけていく状況を考えましょう。

状況分析

磁石が近づく → コイル内の磁束が増加する → 磁束は左から右へ流れる

レンツの法則を適用

コイルは「磁束の増加を妨げたい!」と思います。どうすればいい?

→ 反対向きの磁界を作る
→ コイルの左端にS極を作る
→ S極がN極を押し返す!

右ねじの法則で電流の向きを決定

①磁束の向きを確認:左から右(増加している磁束の向き)

②親指を磁束に合わせる:親指を左から右へ向ける

③4本指の方向が電流:指は反時計回り(正面から見て)に巻く → 電流は反時計回りに流れる!

ケース②:N極が遠ざかる場合

今度は、N極の磁石を、左へコイルから遠ざけていく状況を考えましょう。

状況分析

磁石が遠ざかる → コイル内の磁束が減少する → 磁束は右から左へ減っていく

レンツの法則を適用

コイルは「磁束の減少を妨げたい!」と思います。どうすればいい?

→ 同じ向きの磁界を作る(減った分を補う)
→ コイルの左端にN極を作る
→ N極がN極を引き戻そうとする!

右ねじの法則で電流の向きを決定

①磁束の向きを確認:右から左(減少を補う磁束の向き)

②親指を磁束に合わせる:親指を右から左へ向ける

③4本指の方向が電流:指は時計回り(正面から見て)に巻く → 電流は時計回りに流れる!

2つのケースを比較

どちらの場合も、変化を妨げるという共通点があります。増加を防ぐか、減少を防ぐか、方法は違いますが、目的は同じなんですね。

エネルギー保存則とレンツの法則

もしレンツの法則がなかったら?

ここで、ちょっと面白い思考実験をしてみましょう。もし、レンツの法則が存在しなかったら、どうなるでしょうか?

磁石を近づけたとき、コイルが「変化を助ける向き」に電流を流したとします。すると、コイルは磁石と同じ極(N極)を作り、磁石を引き寄せてしまいます。

すると磁石はさらに加速して、もっと強い電流が流れて、さらに加速して…。永遠に加速し続ける永久機関の完成です!

でも、そんなものは自然界に存在しません。なぜなら、エネルギー保存則という絶対的なルールがあるからです。

エネルギーは形を変えるだけ

エネルギー保存則とは、「エネルギーは創造も消滅もしない、ただ形を変えるだけ」という法則です。

発電機で電気を作るとき、実は「無から電気を生み出している」わけではありません。あなたが磁石を動かすときに使った手の力(力学的エネルギー)が、電気エネルギーに形を変えているだけなんです。

エネルギーの流れ

①あなたが磁石を動かす
→ 手の力(力学的エネルギー)を使う

②レンツの法則が働く
→ コイルが抵抗力を生む(変化を妨げる)

③電流が流れる
→ 力学的エネルギーが電気エネルギーに変換される

もしレンツの法則がなかったら、抵抗がないので、エネルギーの変換が起こりません。つまり、電気も生まれないんです。

身近な例:発電機が重く感じる理由

手回し発電機を回したことはありますか? ハンドルを回すとき、妙に重いと感じたはずです。

この「重さ」こそが、レンツの法則による抵抗力なんです。コイルが「回転するな!」と抵抗しているんですね。

この抵抗力に逆らって回すことで、あなたの手の力が電気に変わります。もし抵抗がなかったら、スルスル回るだけで、電気は生まれません。

実用例

①渦電流ブレーキ

ジェットコースターやリニアモーターカーのブレーキは、レンツの法則を利用しています。

金属板が磁界の中を高速で動く → 渦電流が発生 → 渦電流が変化を妨げる向きに流れる → 金属板が減速する。運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、安全に止まれるんです。

②IH調理器

IHクッキングヒーターも、レンツの法則の応用です。

コイルに高周波電流を流す → 鍋の底で磁束が変化 → 渦電流が発生 → 渦電流が抵抗を受けて熱に変換 → 鍋が加熱される。電気エネルギーが熱エネルギーに変わるわけですね。

まとめ:レンツの法則を完全マスター

レンツの法則と右ねじの法則、いかがでしたか? 難しそうに見えたけど、実は「変化を嫌がる」という超シンプルな原理だったんですね。

電験三種の試験では、この知識をもとに、誘導電流の向きを判定する問題がよく出ます。右ねじの法則をマスターすれば、秒殺できるようになりますよ。

今日学んだ内容を何度も復習して、「変化を妨げる」というイメージを完璧に自分のものにしてください。右手を実際に動かして練習するのがオススメです!

あなたの合格を心から応援しています。頑張ってください!