ソレノイドコイルで出来た、世界一簡単な構造の電車は、AmazingScience君によってYoutubeより全世界に発信され、視聴回数２０００万回を優に超えるヒット作品となっています。

動画はこちら↓

それでいて、電流が流れる向きと磁場が発生する向きを生徒たちが慣れ親しむまでには時間がかかるため、電流が作る磁場に関する内容については、単なる公式の紹介や磁場の向きの説明だけの淡白な内容ではなく、実物に触れる機会を提供することで理解を深めていきたいところです。

そのようなことも見据えて、今回は冒頭でご紹介した、世界一簡単な構造の電車を製作してみることにしました。動画での制作の様子は、こちらをご確認ください。

■原理

金属中を電気が流れると磁場が発生します。高校物理では、電流の流れ方によって直線電流、円形電流、ソレノイドコイルと、３種類の形状の金属によって発生する磁場の特徴を学びます。

今回は、ソレノイドコイルから発生する磁場と磁石との相互作用を利用して、線路を移動する電車のような装置を組み立てます。ニッケルによってメッキされたネオジム磁石は、電気伝導性があります。これが電池に連結された状態で、銅線に触れると電流が流れます。この時流れる電流の強さと向きに応じた磁場がソレノイドコイル内で発生します。それが電池の両端に連結されたネオジム磁石と図のように一方で引き合い、他方で反発することで、電池全体に推進力が与えられます。

■準備物

１．授業で単位で行う場合

２．演示用を作る場合

※銅線については、エナメルメッキされていると電池と接触しても電気を流さないので、購入する際はご注意ください。授業で生徒たちに制作させる場合は、１００均（ダイソー）に売っている５ｍ程度のものがお薦めです。ネオジム磁石も１００均で手に入るので、合わせてご購入ください。

電池については、今回はアルカリ乾電池を使用します。１００均で４本１００円とかで購入できますが、ホームセンターでまとめ買いすると、若干お得な場合があります。

塩化ビニルパイプは、ホームセンターで購入したものを適当な長さに切断します。これはソレノイドコイルを作るためのものですので、太さ15mm程度であれば他のもので代用してもらっても構いません。３０ｃｍの塩化ビニルパイプは、箔検電器を用いた実験でも利用できるので、コスト面と合わせて考慮し、敢えて塩化ビニル製を選択しました。長さ１ｍ程度のものであれば、１００円程で購入できます。

これで、授業で実施するための準備物は揃いますが、演示用の大きめのものを制作する場合は、長い銅線に加えて電動ドライバーを準備しておくと効率よく作成できます。私は、充電式で六角チャック式のものを利用しました。

■作り方

電動ドライバーを利用する場合は、塩化ビニルパイプの端に小さな穴を空けて、その中に銅線を通して固定します。

銅線を全て巻き付けたら完成です。

これで完成。準備万端です。後は、電車をソレノイドコイルの中にくぐらせてお楽しみください。

実はこの電車、銅線の太さを変えてみたり、軽量のリチウム電池を使用してみたりと、まだまだ改良の余地があります。そういったところについては、もう少し調査を継続して、改めてお伝えしていきます。