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第163回 電池切れでも安心! 〜手回し式発電機の原理〜

 東日本大震災の余震がまだまだ続いています。停電に備えて、懐中電灯やラジオの備えを見直している人も多いのではないでしょうか。また、徐々に解消しつつありますが、震災の直後は各地で電池の品切れが発生し、入手が困難になりました。そんな時に頼りになるのが、手回し式発電機付きのLED懐中電灯やラジオです。

フレミングの「右手の法則」と「左手の法則」
 手回し式発電機は、人間がハンドルを手で回す力のエネルギーを電気に変換しています。この変換は、「電磁誘導」という現象により起こります。では、電磁誘導とはどのような現象なのでしょうか。

 1820年、デンマークの物理学者エルステッドが、方位磁石が指す方向と平行に導線をはり、電流を流すと磁針が動く、すなわち磁場が発生することを発見しました。その向きは、電流の方向に対して右回り(右ねじの法則)となります。電磁誘導とは、閉じた回路の中を通る磁束(磁気の流れ)が変化するとき、その変化を妨げる方向に磁場を発生するように電流を流そうとする電圧(起電力)が生じるという現象なのです。

 電磁誘導を実験的に実証したことで知られるのが、イングランドの物理学者ファラデーです。1831年に行った実験で、コイルの中に磁石を出し入れすると、電流が発生することを発見しました。また、磁石を固定してコイルを動かしたときにも、同様に電流が発生することを発見したのです。また、逆に磁場の中においたコイルに電流を流すと、その電流が発生する磁場を打ち消すような方向の磁場を発生するように、コイルを動かす力が発生することも発見しました。

 磁場の中にあるコイルを動かした時に発生する電流の向きや、コイルに電流を流したときに発生する力の向きは決まっています。これを覚えやすくするために、UCL(University College London)の電気工学教授であったジョン・フレミングが考案したのが、「フレミングの右手の法則」「フレミングの左手の法則」です。


 ちょっと余談ですが、フレミングは、自分が教えている学生が電磁誘導を何度説明しても磁場と電流の関係を覚えられないため、分りやすく表現するために右手の法則、左手の法則として表現したそうです。

 「フレミングの右手の法則」でエネルギーを「力→電気」に変換するのが「発電機」、「フレミングの左手の法則」でエネルギーを「電気→力」に変換するのが「モータ」です。つまり、両者は同じ仕組みを逆向きに利用しているのです。
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