コイルのそばで磁石を動かすと、つないだ検流計の針が振れます。電池はどこにもつながっていないのに、電流が流れています。ファラデーが 1831 年に見つけたこの現象を電磁誘導といいます。
近づけるときと遠ざけるときで、針は逆へ振れます。図の磁石は左右に往復していて、向きが変わるたびに電流の向きも入れ替わります。
速く動かすほど針は大きく振れます。磁石をどれだけ近くに置いたかではなく、どれだけ速く動かしたかが効いています。
磁石をコイルのすぐそばに置いたまま手を止めると、針は 0 に戻ります。磁石はそこにあり、コイルを貫く磁場も強いままですが、電流は流れません。
つまり電流を生んでいるのは磁場そのものではありません。磁場が変わることのほうです。強い磁場が止まっているところでは何も起きず、弱い磁場でも変わっていれば電流が流れます。
式にすると です。右辺は磁場の時間についての変化率で、変化がなければ 0 になり、左辺の電場も生まれません。
コイルを取り払っても、磁場が変わればそのまわりに電場が生まれます。生まれるのは渦を巻く電場で、図のように磁場を取り囲む向きに回ります。
コイルがしていたのは、その電場に押されて動ける電子を用意することだけです。電場は導線があってもなくてもできています。導線を置けばそこに電流として現れる、というだけのことです。
磁場が増えているときと減っているときで、渦の向きは逆になります。図の印は磁場が奥を向いているか手前を向いているかを表していて、その入れ替わりに合わせて電場の回る向きも入れ替わります。
同じ磁石を、同じ幅だけ動かしても、速く動かしたほうが強い電場を生みます。図では上下で往復の速さだけを変えていて、下の針のほうが大きく振れています。
生まれる電場の強さを決めているのは、磁場が何であるかではなく、単位時間あたりどれだけ変わったかです。 という書き方が、そのことをそのまま言っています。
この「速く変わるほど強い」が、電磁波が高い周波数まで成り立つ理由になります。振動が速いほど変化率は大きくなり、生まれる場も強くなるからです。