電磁誘導の自由研究｜手作り発電機で電気を作ってみよう

スイッチを押せば明かりがつく。当たり前すぎて、その電気がどこから来ているのかを考える機会は、そう多くありません。「発電所で作っている」と知ってはいても、では発電所の中で何が起きているのかとなると、大人でも説明に詰まるのではないでしょうか。

実は、電気は磁石と銅線さえあれば、自分の手で作れます。筒にぐるぐると銅線を巻き、中に磁石を入れて振る。それだけで豆電球やLEDが光ります。電池もコンセントも使わずに、です。この現象を「電磁誘導」と呼びます。

そして驚くのはここからです。あなたの手の中で起きたその現象は、水力発電所や火力発電所で起きていることと、原理としてはまったく同じなのです。この記事では、振ると光る発電ライトの作り方と、条件を変えて比べる4つの実験、そして手のひらの実験を社会につなげる方法までをご紹介します。山形市・米沢市で探究教室を運営するESTEMがまとめました。

この記事の要点

• コイルの中で磁石を動かすと、電気が生まれます。この電磁誘導が、世界中のほとんどの発電所で使われている仕組みです
• 巻き数・磁石の数・動かす速さを変えると、明るさが変わります。条件を1つずつ変えれば、そのまま比較実験になります
• ネオジム磁石は誤飲事故が起きている強力な磁石です。大人が管理し、小さなきょうだいが触れられない環境をつくってから始めてください

電磁誘導とは？磁石とコイルで電気が生まれる仕組み

まず、これから起こす現象の正体を押さえておきましょう。中学校の理科で学ぶ内容ですが、小学生にも伝わる言葉で説明できます。

銅線をぐるぐる巻いたものを「コイル」と呼びます。このコイルの中で磁石を動かすと、導線の中の電気が押し出されるように動き出します。これが電流です。磁石が止まっていると何も起きません。動かしているあいだだけ、電気が流れます。

ポイントは3つです。

• 磁石が動かないと、電気は生まれない。置いてあるだけではだめで、「変化」が必要です
• 速く動かすほど、たくさん電気が生まれる。ゆっくりだと弱く、素早く動かすと強くなります
• コイルの巻き数が多いほど、たくさん電気が生まれる。1回巻きでは弱すぎて、目に見える変化は起きません

この3つが、あとで行う比較実験の予想そのものになります。実験の前にお子さんとこの話をしておくと、「たぶんこうなる」という仮説を自分で立てられます。

【必読】ネオジム磁石を使う前の安全ルール

この実験では、強力な「ネオジム磁石」を使うと結果がはっきり出ます。ただし、始める前に必ず読んでいただきたい注意点があります。

ネオジム磁石は磁力が非常に強く、消費者庁や国民生活センターが子どもの誤飲事故について繰り返し注意喚起を行っています。2個以上を飲み込むと、離れた場所にある磁石どうしが腸の壁をはさんだまま動かなくなり、腸に穴があいて開腹手術が必要になった事故が実際に起きています。1個なら排出されても、複数だと危険という点が、この磁石の怖いところです。

そのうえで、次のルールを決めてから始めてください。

• 磁石は大人が管理します。実験が終わったらその場で回収し、子どもが自分で取り出せない場所に保管します
• 小さいきょうだいがいる家庭は、その子がいない時間・部屋で行います。床に落とした磁石は、必ず個数を数えて全部回収してください
• 指をはさまないように。強力な磁石どうしは勢いよく引き合い、間に指があるとかなり痛い思いをします。1個ずつ離して置きます
• スマートフォン、時計、キャッシュカード、パソコンから離します。磁気で壊れたり、データが読めなくなったりすることがあります
• ぶつけると割れて破片が飛ぶことがあります。硬い床の上で落とさないよう、机にタオルを敷いて作業します

お子さんの年齢や家庭の状況によっては、市販の実験キットや手回し発電機を使う選択も十分にありです。安全に不安を感じるなら、無理にネオジム磁石を使う必要はありません。※本記事は2026年7月執筆時点の情報をもとにしています。

用意するものと作り方

用意するもの

作り方の手順

1. 筒の中央あたりに、エナメル線を同じ向きにぐるぐると巻いていきます。数百回以上が目安です。根気のいる作業ですが、ここが結果を左右します
2. 巻き終えたらテープで固定し、線の両端を15cmほど残して切ります
3. 両端の先端3cmほどを、紙やすりで丁寧にけずります。エナメル線は表面が絶縁されているので、けずらないと電気が流れません。銅色がぐるりと一周出るまでけずってください
4. LED2個を、向きを逆にして並べてつなぎます（片方の足どうし、もう片方の足どうしを組み合わせる形）。こうすると、どちら向きに電気が流れても光ります
5. けずったエナメル線の先端をLEDの足につなぎます
6. 筒に磁石を入れ、飛び出さないよう両端をしっかりふさぎます
7. 暗い部屋で、筒を上下に振ります。磁石がコイルの中を通るたびに、LEDが光ります

光らないときのチェックリスト

最初からうまくいくことは、むしろ少ないくらいです。順番に確認してください。

• エナメル線の被膜をけずり忘れていませんか。これが最も多い原因です
• 巻き数が足りていますか。数十回では光りません。数百回まで増やしてみてください
• 振る速さは十分ですか。ゆっくりでは電気が弱すぎます
• LEDの向きは合っていますか。2個を逆向きにつないでいるか確認します

ここで大事なのは、この試行錯誤こそが研究の中身だということです。「1回目は光らなかった。原因は被膜だった」という記録は、成功の写真より価値があります。必ずメモを残してください。

条件を変えて比べる4つの実験

光るようになったら、ここからが本番です。変える条件は一度に1つだけにして、結果を比べていきます。

テスターがあれば、明るさではなく電圧の数値で記録できます。中学生なら、巻き数と電圧の関係を折れ線グラフにすると、一気に本格的な研究に見えます。「巻き数を2倍にしたら電圧も2倍になるのか」——予想して、確かめてみてください。

実験結果のまとめ方に迷ったら、自由研究のまとめ方は？小学生でもできる発表のコツを解説で書く順番を紹介しています。

発展｜手のひらの実験と、発電所は同じ原理

ここがこの研究のいちばん面白いところです。世界中のほとんどの発電所は、あなたが今やった実験の巨大版です。

水力発電は、水の力で磁石を回します。火力発電は、燃やした熱で水を沸かし、その蒸気で磁石を回します。風力発電は風で、地熱発電は地下からの蒸気で回します。エネルギー源は違っても、最後は全部「磁石を回してコイルに電気を起こす」で共通しているのです。手で振るか、水で回すか、その違いしかありません。

ここで、お子さんに聞いてみてください。「じゃあ、太陽光発電は何を回しているんだろう？」——実は太陽光発電だけは磁石を回していません。光が当たると電気が生まれる、まったく別の仕組みを使っています。この例外に気づけたら、それだけで発表の見せ場が1つできます。

山形県は、この分野を調べるのに恵まれた場所でもあります。県の企業局は戦後およそ70年にわたって水力発電を続けており、県内各地に県営の水力発電所があります。鶴岡市の倉沢発電所は昭和31年に運転を開始し、最大14,000kWを発電しています。酒田には県営の風力発電所もあり、村山市の県営太陽光発電所は申し込めば見学もできます。

「自分の家の電気はどこから来ているのか」を調べ、地図に発電所を書き込んでみる。手を動かした実験が、地域の話につながっていきます。手のひらのLEDと、ダムの発電機が同じ原理でつながった瞬間、理科は暗記科目ではなくなります。

ESTEMの探究コースでは

探究教室ESTEMは、山形市（やまがたクリエイティブシティセンターQ1内）と米沢市金池で、小学1年生から高校3年生までが通う教室です。科学・アート・歴史・音楽・ものづくりなど、毎月テーマが変わる授業を行っています。

実は、小学4年生〜高校生を対象とした探究コースの8〜9月のテーマが「発電エンジニアリング」です。この記事で紹介した電磁誘導は、まさにその入り口にあたります。

探究コースでは、分野をまたぐテーマについて学びながら、自分なりに仮説を立てて考え、表現するところまでを目指します。発電というテーマひとつをとっても、物理の仕組みだけでなく、エネルギーをどう選ぶかという社会の問題、コストの計算、そして「自分ならどうするか」という提案まで、話は広がっていきます。問いを立てる力、発想力、プレゼン力といった非認知能力は、こうした横断的なテーマの中で育っていきます。

この流れを繰り返した先で、山形県統計グラフコンクールで入賞した生徒や、超異分野学会で研究のポスター発表に挑戦した小学生も生まれています。

費用は月額の受講料のみで、入会金・教材費はいただきません。実験道具や画材はすべて教室で用意するため、「やめたら道具が無駄になる」という心配がありません。低学年体験プラン（小1〜3）が13,000円、高学年体験プラン（小4以上）が15,000円、探究プランが17,000円（すべて税込・兄弟姉妹は15%割引）です。授業を受講している生徒は、教室が開いている時間なら授業のない日でも自習室に来られます。

よくある質問

小学生でもできますか？

コイルを数百回巻く作業に根気がいるため、小学3〜4年生以上が目安です。低学年のお子さんの場合は、市販の手回し発電機を使って「速く回すほど明るくなる」ことを確かめる実験に置きかえると、同じ原理を安全に体験できます。巻く作業を保護者が担当し、実験と記録をお子さんが行う分担もおすすめです。

材料はどこで買えますか？

エナメル線とLEDはホームセンターや電子部品店、通販で手に入ります。すべてがそろった手作り発電機のキットも市販されており、はじめての場合はキットのほうが確実です。キットを使うことは手抜きではありません。大切なのは作ることそのものより、条件を変えて比べる部分だからです。

電気は保存できますか？

今回の実験では、作った電気はその場でLEDを光らせて消えていきます。ためておくにはコンデンサーや充電電池が必要になり、回路が一段複雑になります。中学生以上なら、コンデンサーをつないで「何回振れば何秒光るか」を調べる発展もおもしろいテーマです。発電と蓄電の違いに気づくきっかけになります。

中学生向けの発展テーマはありますか？

3つ挙げます。ひとつは、テスターで電圧を測り、巻き数との関係をグラフにすること。もうひとつは、発生している電気が交流であることを調べ、家庭のコンセントの電気と比べること。そしてもうひとつは、実験結果をもとに「この発電機で家庭の電気をまかなうには何個必要か」を計算してみることです。最後のテーマは、再生可能エネルギーの現実的な課題に自然とつながっていきます。

まとめ｜電気を「使うもの」から「作れるもの」へ

電磁誘導の自由研究で大切なことを整理します。

1. 安全ルールを先に決める。ネオジム磁石は大人が管理し、小さなきょうだいが触れられない環境をつくってから始めます
2. 光らなかった記録を残す。被膜のけずり忘れ、巻き数不足。試行錯誤の過程が研究の本体です
3. 変える条件は1つだけ。巻き数、磁石の数、振る速さ、コイルの幅。1つ変えるごとに比べられる結果が増えます
4. 発電所とつなげて考える。水力も火力も風力も、やっていることは同じです。太陽光だけが違う、という例外も見逃さずに

電気は、蛇口をひねれば出てくる水のように、いつのまにか「あるもの」になっています。それを自分の手で作ってみた子どもは、その日から少しだけ違う目でコンセントを見るようになります。夏休みの数日で、世界の見え方が1つ変わる。それがこのテーマの魅力です。

探究教室ESTEMでは、こうした「なぜ？」を入り口に、調べて・作って・伝えるところまでを伴走しています。スライムの自由研究、マイクラの自由研究、石の自由研究もあわせて、この夏のヒントにしていただければうれしいです。山形校・米沢校の見学や体験も受け付けていますので、お気軽にご相談ください。

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