電磁気（磁界・電磁誘導・コンデンサ・静電気）の一問一答

解説
フレミングの左手の法則は、磁界の中に置いた導体に電流を流したときに導体に働く力（電磁力）の向きを示す法則です。
中指が電流、人差し指が磁界、親指が力の向きを表します（「電・磁・力」の順に中指・人差し指・親指）。
電動機（モーター）が回る原理です。

他の選択肢が誤りである理由
・「磁界の向き」は誤りです。磁界の向きは、人差し指が示します。
・「導体に働く力の向き」は誤りです。導体に働く力の向きは、親指が示します。
・「誘導起電力の向き」は誤りです。誘導起電力の向きは、発電機の原理であるフレミングの右手の法則で使うもので、左手の法則では扱いません。

覚え方のポイント
左手は電動機（モーター）、右手は発電機。左手は中指から「電・磁・力」。

解説
フレミングの右手の法則は、磁界の中で導体を動かしたときに生じる誘導起電力（誘導電流）の向きを示します。
右手の親指が導体の運動の向き、人差し指が磁界の向き、中指が起電力の向きを表します。
発電機は、この原理で電気をつくります。

他の選択肢が誤りである理由
・「フレミングの左手の法則」は誤りです。フレミングの左手の法則は、電流が流れる導体に働く力の向きを示すもので、電動機の原理です。
・「アンペアの右ねじの法則」は誤りです。アンペアの右ねじの法則は、電流のまわりにできる磁界の向きを示す法則です。
・「キルヒホッフの法則」は誤りです。キルヒホッフの法則は、回路の分岐点の電流や、閉じた回路の電圧の関係を表す法則です。

覚え方のポイント
「右手は発電機・左手は電動機」。動かして電気が生まれるのが右手です。

解説
アンペアの右ねじの法則により、電流の向きに右ねじを進めると、ねじの回る向きが磁界の向きになります。
磁界は、電線を中心とする同心円状にでき、電線から離れるほど弱くなります。

他の選択肢が誤りである理由
・「電線を取り巻く円の向きで、右ねじと逆に回る向き」は誤りです。電流の向きに右ねじを進めたとき、磁界はねじの回る向きと同じ向きにできます。逆向きではありません。
・「電線に沿った向きで、電流と同じ向き」は誤りです。磁界は電線に沿ってではなく、電線のまわりを円を描くようにできます。ねじの進む向きは電流の向きを表します。
・「電線に沿った向きで、電流と逆の向き」は誤りです。電線に沿った向きではありません。電流を逆にすると、円の回る向きが逆になります。

覚え方のポイント
右ねじ：進む向き＝電流、回る向き＝磁界。

解説
ファラデーの電磁誘導の法則により、誘導起電力 e＝N×ΔΦ÷Δt（N：巻数、ΔΦ：磁束の変化、Δt：時間）です。
e＝100×0.02÷0.1＝20V となります。
磁束の変化が速いほど、また巻数が多いほど、大きな起電力が生じます。

他の選択肢が誤りである理由
・「0.2V」は誤りです。0.2Vは、巻数100を掛けずに計算した値です（0.02÷0.1）。
・「2V」は誤りです。2Vは、時間0.1秒で割らずに計算した値です（100×0.02）。
・「200V」は誤りです。200Vは、時間を0.01秒と取り違えて計算した値です（100×0.02÷0.01）。

覚え方のポイント
誘導起電力＝巻数×（磁束の変化÷時間）。「速く・たくさん変わる」ほど大きい。

解説
レンツの法則により、誘導電流は、それによってできる磁束が元の磁束の変化を妨げる向きに流れます。
磁石を近づけて磁束が増えるときは、それを打ち消す向きの磁束をつくるように電流が流れます。

他の選択肢が誤りである理由
・「磁束の変化を強める向きに流れる」は誤りです。変化を強める向きに流れると、エネルギーが勝手に増えることになり、成り立ちません。
・「磁束が増えても減っても同じ向きに流れる」は誤りです。誘導電流の向きは、磁束が増えるときと減るときで逆になります。
・「磁束の大きさに応じて決まる向きに流れる」は誤りです。向きを決めるのは磁束の大きさではなく、磁束が増えるか減るか（変化の向き）です。

覚え方のポイント
レンツの法則＝「変化をいやがる向き」。増えれば減らす向き、減れば増やす向きに流れます。

解説
コンデンサを並列に接続したときの合成静電容量は、各静電容量の和です。
C＝3＋6＝9μF となります。
コンデンサの合成は、抵抗の合成と並列・直列の計算が逆になる点に注意します。

他の選択肢が誤りである理由
・「2μF」は誤りです。2μFは、直列に接続したときの値（3×6÷(3＋6)）です。
・「4.5μF」は誤りです。4.5μFは、2つの値の平均です。
・「18μF」は誤りです。18μFは、2つの値の積です。

覚え方のポイント
コンデンサ：並列は「足し算」、直列は「積÷和」。抵抗とは逆です。

解説
コンデンサを直列に接続したときの合成静電容量は、1/C＝1/C1＋1/C2 で求めます。
2つの場合は C＝C1×C2÷(C1＋C2)＝3×6÷9＝2μF です。
直列にすると、合成静電容量は小さいほうの値（3μF）よりさらに小さくなります。

他の選択肢が誤りである理由
・「9μF」は誤りです。9μFは、並列に接続したときの値（3＋6）です。
・「4.5μF」は誤りです。4.5μFは、2つの値の平均です。
・「0.5μF」は誤りです。0.5μFは、1/3＋1/6＝0.5 で計算を止め、逆数にしていない値です。

覚え方のポイント
直列のコンデンサは「積÷和」。最後に逆数を取り忘れないこと。

解説
コンデンサに蓄えられる電荷 Q＝C×V（C：静電容量［F］、V：電圧［V］）です。
10μF＝10×10⁻⁶F＝1×10⁻⁵F なので、Q＝1×10⁻⁵×100＝1×10⁻³C（1mC）となります。

他の選択肢が誤りである理由
・「1×10⁻⁵C」は誤りです。1×10⁻⁵Cは、静電容量の値（F）をそのまま答えた値で、電圧を掛けていません。
・「1×10⁻⁷C」は誤りです。1×10⁻⁷Cは、静電容量を電圧で割った値です（1×10⁻⁵÷100）。
・「1×10³C」は誤りです。1×10³Cは、μ（10⁻⁶）を付けずに10×100として計算した値です。

覚え方のポイント
Q＝CV。μF（マイクロファラド）は10⁻⁶Fに直してから掛けます。

解説
クーロンの法則により、2つの点電荷の間に働く力は、電荷の量の積に比例し、距離の2乗に反比例します。
距離を2倍にすると、力は 1/2²＝1/4 になります。

他の選択肢が誤りである理由
・「2倍になる」は誤りです。2倍になるのは、力が距離に比例すると考えた場合で、誤りです。
・「1/2になる」は誤りです。1/2になるのは、力が距離に反比例すると考えた場合です。2乗に反比例します。
・「変わらない」は誤りです。力は距離によって変わります。距離が大きいほど弱くなります。

覚え方のポイント
クーロンの法則：F∝(q1×q2)/r²。距離2倍で1/4、3倍で1/9。

解説
平行な2本の電線に電流を流すと、それぞれの電流がつくる磁界と、もう一方の電流との間に電磁力が働きます。
電流が同じ向きのときは互いに引き合い、逆向きのときは互いに反発します。
力の大きさは、2つの電流の積に比例し、電線の間の距離に反比例します。

他の選択肢が誤りである理由
・「互いに反発する力が働く」は誤りです。反発する力が働くのは、2本の電流が逆向きのときです。
・「電線に沿って押し出す力が働く」は誤りです。平行な電線の間に働く電磁力は、電線と直角の向き（引き合うか反発するか）で、電線に沿った向きではありません。
・「電線の間に力は働かない」は誤りです。電流が流れていれば、磁界を通じて互いに力が働きます。

覚え方のポイント
平行電流：同じ向きは「引き合う」、逆向きは「反発する」。磁石（同極は反発）と逆なので注意。