さわって学ぶ
スライダーや図形を直接動かして、電気の振る舞いを体感的に理解するインタラクティブ教材集です。数式や言葉での説明が「腑に落ちない」と感じる項目を、目と手で確かめながら学べます。
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キルヒホッフの第一法則 — 節点に流れ込む電流の総和はゼロ
1つの節点に集まる3本の枝のうち、I₁・I₂ は固定値で I₃ が自動的に決まる(Σ I = 0)。直流/交流を切り替えると、位相がズレた交流でも瞬時値で KCL が成立することが体感できる。
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クーロンの法則 — 2点電荷間に働く力
2つの点電荷の電荷量と距離を動かして、それぞれに働くクーロン力 F = k·q₁·q₂/d² の大きさと向き(引力・斥力)を視覚的に確認。
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重ね合わせの原理 — 複数電荷が相互に及ぼす力
3つの点電荷をドラッグで自由に配置し、電荷量も変えながら、各電荷にかかる力(他電荷からの寄与の合計)を可視化。重ね合わせの原理を体感できる教材。
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電場の可視化 — 単一点電荷
1つの点電荷が2次元空間に作る電場を、ヒートマップと矢印グリッドで可視化。電荷量と位置(ドラッグ)を変えて放射状の電場と 1/r² 落ちを観察。
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電場の可視化 — 2つの点電荷
2つの固定された点電荷が重ね合わせで作る電場を可視化。電荷量を動かして、双極子(+から−へ)・同符号(中間にゼロ点)の電場パターンの違いを観察。
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電場の可視化 — 無限長線電荷
水平に伸びる無限長線電荷が作る電場を可視化。線電荷密度 λ を動かして、距離に対し 1/r で落ちる電場(点電荷の 1/r² と異なる)と並進対称性を観察。
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電圧の正体 — 電場に逆らいエネルギーをためる
点電荷の周囲に置いた2点 A・B の位置と電荷量を動かし、それぞれの電位と電位差 V_AB を観察。E(r) 曲線上で2点間の面積として現れる V_AB を視覚的に確認し、電圧の物理的な意味を体感できる教材。
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直線電流の磁束密度 — アンペールの法則
無限長の直線導体に流れる電流が周囲に作る磁場を3D可視化。電流値を動かして、右ねじの法則による向きと B = μ₀I/(2πr) の 1/r 減衰を観察。
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円形コイルの磁束密度 — ビオ・サバールの法則
1巻きの円形コイルに電流が流れたとき、軸上で最強・コイル外側で双極子的に折り返す磁場の3D可視化。ビオ・サバールの数値積分で任意の3D点のBを表示。
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ソレノイドの磁束密度 — 無限長近似と内部一様磁場
ソレノイド(円筒コイル)の電流値と巻数Nを動かして、内部のほぼ一様な軸方向磁場 B = μ₀nI と、外部のほぼゼロの磁場、両端のフリンジ場を3D可視化。
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環状ソレノイド(トロイド)の磁束密度 — Ampèreの法則
ドーナツ状の環状ソレノイドの電流と巻数を動かして、内部のみ B = μ₀NI/(2πr) で 1/r 依存(内側エッジが強く外側エッジが弱い)、外部完全ゼロという磁気閉じ込めの性質を3D可視化。
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交流電力インタラクティブ図 — 有効電力・無効電力の可視化
電圧・電流の振幅と位相、周波数をスライダーで動かして、瞬時電力 p(t) と P, Q, 力率の関係を直感的に体感。フェーザー図つき。
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交流の実効値と平均値 — 振幅・RMS・整流平均の関係
電圧の振幅 V_m を動かして、平均値 V_avg と実効値 V_rms の関係を観察。電圧の二乗 v²(t) の平均から実効値が導出される仕組みも視覚化。
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抵抗・コイル・コンデンサ — 電流の進みと遅れ
抵抗・コイル・コンデンサのいずれか1素子を交流電源につなぎ、電圧と電流の波形を同じグラフで観察。素子を切り替えると、電流が電圧に対して同位相・遅れ・進みのどれになるかを体感できる。
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三相交流 — 相電圧と線間電圧の関係
R/S/T 各相の振幅と位相を動かして、線間電圧 V_rs, V_st, V_tr が相電圧の差として現れる様子をフェーザー図で観察。√3倍・30°進みの関係を実感できる。
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対称座標法 — 三相電圧の正相・逆相・零相への分解
任意の三相電圧を正相 V_1・逆相 V_2・零相 V_0 に分解。不平衡を作ると逆相・零相が現れ、平衡時には正相のみが残る様子を、対称座標フェーザー図と分解波形で確認できる。