磁気から送電網へ
磁石が動くと、数キロメートル離れた導線に電流が生じる。この章ではその過程を解説する：永久磁石と磁場パターン、電流の磁気効果、左手則によるモーター力、コイルにおける誘起と発電機、そして(P) 電力を国中へ送るトランスフォーマーについて。
Edexcel国際IGCSE物理学 4PH1、セクション6 （記述6.1–6.20P）。P付きの記述は物理学のみ扩展項目である。
磁気
磁石は同名極同士で反発し、異名極同士で引き合い、磁性材料（鉄、鋼、ニッケル、コバルト）も引きつける。硬磁性材料（鋼）は磁化を保持し続け、永久磁石となる。軟磁性材料（鉄）は容易に磁化・消磁され、電磁石のコアとなる。磁束線は磁石の外側でNからSへ向かい（交差することはない）、磁石を磁場中に置くと誘導磁気が生じる。二つの異名極が向き合うと、その間に一様磁場が形成される。
電磁気学とモーター効果
導体に電流が流れると、その周囲に同心円状の磁場が生じる — 右手親指規則。 (P) 電磁石：軟鉄芯に巻かれたコイル（ソレノイド）であり、スイッチでON/OFFでき、強さを調整可能。(P) 直線導線、平面コイル、ソレノイドの磁場パターン。
磁場に対して垂直に電流が流れる導線にはモーター効果による力が働く — DCモーター（回転コイル＋コンデンサー）やスピーカーに用いられる。方向は左手則で予測する：第一指＝磁場、中指＝電流、親指＝運動。磁場が強くなったり電流が大きくなったりすると力も増大し、どちらかが逆転すれば力も逆転する。
電磁誘起
導体やコイルが磁場中を移動する、あるいは通じる磁束が変わると、電圧が誘起される。誘起電圧は、速い移動、強い磁場、多くの巻き数、および(発電機の場合)速い回転に比例して大きくなる。発電機はコイル内で磁石を回転させる（または磁石内でコイルを回転させる）ことで動作し、誘起交流の振幅と周波数は回転速度に従う。
(P) トランスフォーマーは鉄芯上の二つのコイルを用いて交流電圧を変換する：
昇圧トランスフォーマーは送電時に電圧を上げ（電流を減らす）— 高電圧は低電流を意味し、ケーブル内での熱損失を大幅に削減する；降圧トランスフォーマーは使用可能な安全レベルまで電圧を下げる。
計算例確認。 トランスフォーマーに200回の一次コイル、50回の二次コイルがあり、一次側は230 Vである。$V_s = 230 \times 50/200 = 57.5$ V — これは降圧である。一次電流が0.5 Aの場合、二次電流は$I_s = 230 \times 0.5/57.5 = 2.0$ Aとなる。
自己チェック
- 硬磁性材料と軟磁性材料の違いを2つ述べよ。
- 磁石の外側で磁束線はどの方向に向かうか。
- 二つの棒状磁石を用いて一様磁場を作る方法を説明せよ。
- 導線に電流が流れると、その周囲に何が生まれますか？
- 左手の法則における三本指を述べよ。
- 磁場中に置かれた電流を流す導線にかかる力の大きさを増す2つの要因を述べよ。
- コイルに起電力を生じさせる2つの方法を述べよ。
- 誘導起電力の大きさを増す2つの要因を述べよ。
- (P) 降圧トランスは 1000 一次コイルと 100 二次コイルを持ち、入力电压は 230 Vである。出力を計算せよ。
- (P) 電力を高電圧で送電する理由を述べよ。
答え: 1 硬磁性体（永久磁石、鋼）は磁力を維持し、軟磁性体（一時的な磁石、鉄 — 電磁石のコア）は容易に失う； 2 N極からS極へ； 3 N極とS極を向かい合わせにして隙間を設ける — 其间の平行な磁力線は均一である； 4 同心円状の磁場（グリップ則）； 5 第1指：磁場、第2指：電流、親指：運動； 6 強い磁場、大きい電流。
答え（続き）: 7 コイルや磁石を動かしてコイルが磁力線を切断させるか、静止したコイルを通る磁束を変える； 8 速い動き、強い磁石、多くの巻数； 9 (P) $V_s = 230 \times 100/1000 = 23$ V； 10 (P) 同じ電力なら高電圧は小電流となるため、ケーブル発熱は $I^2R$ であり、長距離での損失は著しく減少する。