ファラデーの電磁誘導の法則

磁束がソレノイドの導線を貫いて内側もしくは外側に通過し、1巻きのソレノイドが束ねる磁束がΔt [___s__]間にΔΦ [___Wb__]変化したとすると、1巻きのソレノイドの誘導起電力は、ーΔΦ/Δt[___V__]になります。

よって、N巻きのソレノイドの誘導起電力V [___V__]は、以下になります。

V=ーNΔΦ/Δt

これをファラデーの電磁誘導の法則と呼びます。

なお、上記の式から磁束の変化の向きとは逆方向に誘導起電力が生じることが分かります。誘導起電力の向きを電位が高い方から低い方とした場合、レンツの法則を満たす式になっています。

誘導起電力を大きくする方法

ファラデーの電磁誘導の法則から以下の方法で誘導起電力を大きくすることができます。

・ソレノイドの巻数を多くする

・ソレノイドの半径を大きくする

・ソレノイドが束ねる磁束を短時間でより多く変化させる（例えば、磁石を速く動かす）

・磁束密度を大きくする（単位面積当たりの磁束が大きくなる）

また、電磁誘導の原因となるローレンツ力から以下の方法で誘導起電力を大きくすることができます。

・棒状の磁石を使う場合は、ソレノイドの中心軸の延長線上をN極とS極の中心が通るようにする（自由電子に加わるローレンツ力が均等になる）

一様な磁場におけるソレノイドの誘導起電力

ソレノイドを回転させずに動かす場合

一様な磁場内でソレノイドを回転させずに動かすと、ソレノイドが束ねる磁束が変化しないため、ファラデーの電磁誘導の法則より、ソレノイドに誘導起電力は生じません。

ソレノイドを回転させる場合

一様な磁場内でソレノイドが束ねる磁束が変化するようにソレノイドを回転させると、ファラデーの電磁誘導の法則より、ソレノイドに誘導起電力が生じます。

例えば、以下は、一様な磁場内で1巻きのソレノイドが束ねる磁束が変化するように回転させたものです。

赤い矢印は、誘導電流であり、ソレノイドに誘導起電力が生じています。

ソレノイドを動かさない場合

ソレノイドを動かさずに固定して、一様な磁場の磁束密度を変化させれば、ソレノイドが束ねる磁束は変化しますが、磁束がソレノイドの導線を通過して変化した磁束ではないので、ファラデーの電磁誘導の法則におけるΔΦは0になります。

よって、このとき、誘導起電力は生じません。