両端をつないで閉じた回路にしたコイルに、棒磁石の N 極を近づけると、コイルを貫く磁束が増加し、コイルに誘導電流が流れる。このとき誘導電流は、コイルを貫く磁束の増加を打ち消す向きの磁場をつくるように流れる。逆に N 極を遠ざけると、磁束の減少を補う向きの磁場をつくるように流れる。
このように、「誘導起電力（誘導電流）は、コイルを貫く磁束の変化を妨げる向きに生じる」という、誘導電流の向きを決める法則を何というか。
電磁誘導とレンツの法則・ファラデーの法則
コイルを貫く磁束が変化するときだけ誘導起電力が生じ、その向きは磁束の変化を妨げる向き（レンツの法則）、大きさは （巻数と磁束の変化の速さに比例）であることを使って、誘導電流の向き・大きさについての文の正誤を判定できる
前提
- 電流がつくる磁場（右ねじの法則） （高校物理 電磁気と交流（知識））
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- 電流がつくる磁場（右ねじの法則） （高校物理 電磁気と交流（知識））
説明
コイルを貫く磁束（磁場の束）が時間とともに変化すると、コイルに電圧（誘導起電力）が生じ、回路が閉じていれば電流（誘導電流）が流れます。これを電磁誘導といいます。この技能では、誘導電流の向きをレンツの法則で、誘導起電力の大きさをファラデーの電磁誘導の法則で判定できるようになります。磁石をコイルに出し入れする実験や、発電機のしくみを説明する文の正誤判定に使います。
なぜそうしてよいのか
まず「磁束」を定義します。磁場の強さに対応する量として磁束密度 （単位 T）を使い、磁場に垂直な面積 の面を貫く磁束を （単位 Wb）とします。直観的には「面を貫く磁力線の本数」にあたる量です。実験でわかるのは、誘導電流が流れるのは磁束が変化している間だけで、磁石がどんなに強くても止まっていれば電流は流れない、ということです。
向きについては、エネルギーの保存から考えられます。もし誘導電流がつくる磁場が磁束の変化を助ける向きだったら、近づく磁石はさらに引き込まれて勝手に加速し、電流も増え続けて、何もしないのにエネルギーが生まれてしまいます。そうならないためには、誘導電流は磁束の変化を妨げる向きに流れなければなりません（レンツの法則）。磁束が増えるときは逆向きの磁場を、減るときは同じ向きの磁場をつくる向きに流れます。その磁場をつくる電流の向きは、前提の右ねじの法則で決まります。
大きさについては、磁束の変化が速いほど起電力は大きくなります。1 巻きのコイルには の大きさの起電力が生じます。 巻きでは各巻きに同じ起電力が生じ、それらが直列につながるので 倍になります。まとめると です（ファラデーの電磁誘導の法則）。マイナス符号は、起電力が磁束の変化を妨げる向きに生じること（レンツの法則）を表しています。
手順
コイルを貫く磁束の向きを確認する（磁力線は N 極から出て S 極に入る）。
その磁束が増えるか、減るか、変わらないかを判定する。変わらなければ なので誘導起電力も誘導電流も 0。
レンツの法則を使う。磁束が増えるなら逆向き、減るなら同じ向きの磁場を、誘導電流がコイルの内側につくると決める。
右ねじの法則で、その磁場をつくるコイルの電流の向きを決める。このとき電流がつくる磁場の向きから、コイルのどちらの面が N 極のようにはたらくかもわかる。
大きさは で判定する。巻数 と磁束の変化の速さに比例し、磁束そのものの大きさには比例しない。
例題
水平な机の上に、導線を巻いた円形コイルを置き、その両端を検流計につないで閉じた回路とした。コイルの中心の真上から、棒磁石を N 極を下に向けて鉛直に持ち、コイルに近づけていく。このときについて述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 磁石をコイルの真上で静止させている間も、一定の大きさの誘導電流が流れ続ける。
イ 誘導電流は上から見て反時計回りに流れ、コイルは磁石を押し返す向きの力を磁石に及ぼす。
ウ 誘導電流は上から見て時計回りに流れ、コイルは磁石を引きつける向きの力を磁石に及ぼす。
エ 磁石を近づける速さを 2 倍にしても、誘導起電力の大きさは変わらない。
例題の解答
手順1: 磁力線は N 極から出るので、下を向いた N 極の下にあるコイルを貫く磁束は下向きです。
手順2: 磁石が近づくとコイルの位置の磁場が強くなるので、下向きの磁束は増えます。なお静止させると磁束は変わらず なので誘導電流は 0 です。よってアは誤り。
手順3: レンツの法則より、下向きの磁束の増加を妨げるため、誘導電流はコイルの内側に上向きの磁場をつくります。
手順4: 右ねじの法則より、コイルの内側に上向きの磁場をつくるのは、上から見て反時計回りの電流です。このときコイルの上面は N 極のようにはたらくので、近づく N 極を押し返します。よってイは正しく、ウは誤り。
手順5: 速さを 2 倍にすると同じ磁束の変化が半分の時間で起こるので、 は大きくなり、 も大きくなります。よってエは誤り。
以上より、正しいものはイです。
答え: イ
よくある誤り
コイルを貫く磁束が大きければ電流が流れる、としてしまう誤り。正しくは、磁束が変化しているときだけ起電力が生じる。強い磁石でも静止していれば なので 。
誘導電流のつくる磁場は、いつも元の磁場と逆向きだ、としてしまう誤り。正しくは「変化を妨げる向き」であり、磁束が減るときは同じ向きの磁場をつくる。たとえば下向きの N 極をコイルの上から遠ざけると、下向きの磁束が減るので誘導電流は下向きの磁場をつくり、上から見て時計回りに流れる。
誘導起電力は磁束 の大きさに比例する、としてしまう誤り。正しくは磁束の変化の速さに比例し、。同じ変化でも速く起こるほど起電力は大きい。
のマイナス符号を「起電力が小さくなる」「巻数を増やすと弱まる」と読んでしまう誤り。正しくは、マイナスは向き（変化を妨げる向き）を表すだけで、大きさは巻数 に比例して大きくなる。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
まっすぐな長い導線に電流を流すと、導線のまわりに、導線を中心とする同心円状の磁場ができる。導線を流れる電流の向きと、そのまわりにできる磁場の向きの関係を表す法則として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
- ア フレミングの左手の法則
- イ レンツの法則
- ウ ファラデーの電磁誘導の法則
- エ 右ねじの法則
両端を導線でつないで閉じた回路にしたコイルと棒磁石を使って、電磁誘導について調べた。電磁誘導についての記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。
- ア コイルを貫く磁束が変化しないときは、コイルの近くの磁場がどれだけ強くても誘導起電力は生じない。
- イ コイルに生じる誘導起電力の大きさは、コイルを貫く磁束の大きさに比例する。
- ウ ほかの条件が同じなら、コイルに生じる誘導起電力の大きさはコイルの巻数に比例する。
- エ 誘導電流は、コイルを貫く磁束の変化を強める向きに流れる。
- オ 棒磁石の N 極をコイルに向けたまま、コイルに近づけるときと遠ざけるときとでは、誘導電流の向きは逆になる。
巻数 のコイルを固定し、コイルの断面に垂直な向きに一様な磁場を加える。この磁場の強さを時間とともに変化させると、コイルに誘導起電力が生じる。このときの電磁誘導について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、磁場はコイルの断面全体で一様であるとする。
- ア コイルに生じる誘導起電力の大きさは、その瞬間にコイルを貫いている磁束の大きさに比例する。
- イ 磁束の時間変化の割合を変えずにコイルの巻数を 2 倍にすると、誘導起電力の大きさは 2 倍になる。
- ウ コイルの両端を導線でつなぐと、コイルを貫く磁束の変化を強める向きに誘導電流が流れる。
- エ コイルを貫く磁束が一定の割合で増加している間は、誘導起電力の大きさは時間とともに大きくなる。
- オ コイルの両端を導線でつながず開いたままにしておくと、磁束が変化してもコイルに誘導起電力は生じない。
この技能の次に学べること
- 渦電流 （高校物理 電磁気と交流（知識））
- 自己誘導と相互誘導 （高校物理 電磁気と交流（知識））
- 交流の発生と実効値 （高校物理 電磁気と交流（知識））
- 誘導電動機の同期速度とすべり （大学物理 電力・電気機器）