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消費電力が大きいと、なぜ手回し発電機は手ごたえが重くなるのですか?教えてくだ...

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質問者

naikazurikakikuさん

2011/9/114:43:25

消費電力が大きいと、なぜ手回し発電機は手ごたえが重くなるのですか?教えてください。

補足中学生にも分かるように説明お願いいたします。

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ax080302さん

2011/9/115:06:43

naikazurikakikuさん


手回し発電機に負荷を繋ぐと電流が流れます。

この電流は発電機に流れると回してる方向とは逆方向に回そうするモーターの働きが発生し、これが手ごたえの正体です。

消費電流が大きいということは、流れる電流も大きいのでモーターの働きも大きくなり、手ごたえも重くなります。

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hspmonookiさん

2011/9/118:06:52

簡単に言うと、電力が大きくなると言うことはパワーが必要だからです。
自転車で、勾配の緩い坂道と急な坂道を登るような物です。

理論的な説明はすでに出ているので省略します。

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p_791さん

編集あり2011/9/216:41:18

(全面的に書き直しました)

「電気」と「磁気」とは切っても切れない深い関係にあります。
1本の導線に電気を流すと、流れる電流の量に比例して導線の周囲に磁力が発生します。フランスの学者「アンペール」が発見したので、これを「アンペールの法則」といいます。鉛筆を握って右手を「グー」にした状態で、親指だけを立てた格好にしてみましょう。この形、握っている鉛筆を導線に例えると、親指の向いている方向に「電気」が流れると、人差し指や中指のようにカールした状態で導線をぐるぐると回転するように「磁力」が発生します。これを「右ねじの法則」といいます。

このように、電気の流れ→磁力が発生という関係が電気と磁力との間には存在し、電気の流れが大きく(強く)なると、それに比例して磁力の大きさも大きくなります。
この仕組みを活用したものが「モーター」、「スピーカー」といったものに活用されています。

モーターやスピーカーからは電気を流して発生する磁気の力を磁石と組み合わせて運動エネルギー(回転したり振動したり)に変換して物を動かしたり、音を出したりしているのですが、1本の導線に電気を流したくらいで発生する磁力はたかが知れているので、効率よく磁力を発生するために導線を「ぐるぐる巻き」にして【コイル】という部品に加工します。すると、1本の導線から発生する磁力がお互いに干渉しあってより大きな磁力になるのです。こうして大きくなった磁力は磁石をより強力に動かすことが出来るようになるのです。

ポイントとして「電気が流れる→磁力が発生する」ということはしっかりと押さえてた上で読み進めてください。
前置きが長くなりましたがここからが発電機のお話。

導線に電気を流すと磁気が発生するといいましたが逆に 『磁気が導線を横切ると電気が流れる』 という性質もあります。ただしこちらはちょっと面倒で、単純に磁気が横切るだけだと、「横切った瞬間」一瞬だけ電気が流れ、そのまま磁気が変化しなければ電流が0になってしまうのです。導線に磁石を近づけると一瞬電気が発生しますが、そのままでは電気が0になるということです。磁石があれば導線に磁力を与え続けることは可能ですよね?でもそうは問屋がおろしてくれません。
磁気から電気を発生し続けるためには、導線を横切る磁気の強さが「大きくなったり小さくなったり」しなければならないのです。この、「大きくなったり小さくなったり」という状態を生み出すために、手回し式の発電機のレバーをぐるぐる回転させる必要があるのです。発電機の中、レバーの先には磁石が付いていて、レバーをぐるぐる回すとこの磁石もぐるぐる回るような仕組みになっています。
磁石がぐるぐる回れば、磁石のN極・S極と、導線までの距離が絶えず変化しますので、導線を横切る磁力の大きさが「大きくなったり小さくなったり」するので、電気が発生し続けます。
磁石が回転して導線を横切る磁力が「大きくなったり小さくなったり」しても、1本の導線を横切っただけでは発生する電気もたかが知れています。このため、同じ磁力が同時により多くの導線を横切るように、これまた導線をぐるぐる巻きにして【コイル】にして…あれ?同じフレーズがすでに出ていましたね?

さて。こうしてコイルの中で磁石をぐるぐる回せば電気が発生しますが、発電機に何も接続しないでぐるぐる回しても、コイルの中に誕生した電気はどこにも【流れない】のはわかりますね?【流れない】=電流はゼロということです。
消費電力の小さい機械を繋ぐと、誕生した電気は少し【流れ】、消費電力の大きい機械を繋ぐと、誕生した電気は沢山【流れ】ます。電気が【流れる】=電流が発生するということです。

コイルで発生した電流は発電機の外の機械に向かって流れます。この時、発電機の中のコイルと、発電機の外の機械と、1本の輪のような状態…例えるならF1レースのサーキット場のような格好になって、ここを電気がぐるぐるF1レーシングカーのように流れます。電気はこの回路をぐるぐると回ります。もちろん、発電機の中のコイルの中も電気が流れます。

ここで話はこの回答の前半部分。「電気が流れれば磁力が発生する」という話を思い出してください。
磁石をぐるぐると回して電気を起こしていますが、この電気がコイルの中を流れるときに、なんと「磁気」を発生させているのです。磁気で発生した電気がまた磁気を発生させるのです。この磁気(磁力)は当然磁石が発生したものでは無いので、磁石が元々持っている磁気と反発したり引き合ったりしてしまいます。
流れる電流の量が大きいほど、発生する磁力は強くなるので、消費電力が大きい=電流が沢山流れる=発生する磁力が大きくなる という三段論法的な流れて、手回し発電機の回転しようとする磁石により大きな影響を与えてしまい、結果的に発電機が重くなると、感じるようになるのです。

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