相違部分: 直流電磁石: 交流電磁石: コイル鉄心 : 鋳鋼、鍛鋼、軟鋼板等による塊状鉄心を使用。 ケイ素鋼板を成層したものを使用。 始動電流: 一定のコイル抵抗のみで定まるため、安定している。 始動時に非常に大きい電流が流れるため、電源にあたえる衝撃が大き� \(l\)(コイル)は直流回路では短絡(\(r=0\)) コイルは鉄芯に導線が巻かれたものです。このコイルは交流電源に繋がれると、電圧が掛かりますが、直流電源に接続されるとただの導線となります。 交流回路のR(抵抗)、L(コイル)、C(コンデンサ)の働きについて解説します。~Point~ 抵抗(R)は基本的に直流回路と同じ考え方でOKコイル(L)は電流の位相を\(\frac{\pi}{2}\)遅らせる。単位は(ヘンリー)コンデンサ( 電磁気の分野は、『電場・電位』で一度心を折られ、『電磁誘導』で二度目、そして『交流』で心が粉砕します。, 僕も、現役生のときは、物理のエッセンスを読んで頑張っていましたが、今読み返してみると、ほんとただのテクニック本やなあ、と思います。, 結論から言ってしまうと、交流でも直流でもやることは同じなので、何も難しくはありません!, ✔この記事の信頼性苦手だった物理を、浪人時に偏差値65以上センター試験満点近くまで伸ばした、参考書には書かれていない、考え方や勉強法について、必要なエッセンスを『ぎゅっと』凝縮してまとめています。, 【電磁気の分野の注意点】極力微積は使わないように説明していますが、電磁気の分野では微積を使うことで理解が深まる場所は、微積を使っています。微積といっても、数Ⅱ数Ⅲの教科書例題レベルなので、身構えなくても大丈夫です!, 【例】・\(v=\frac{dx}{dt}\)・・・(分子)の(分母)変化と読む。今回は、(位置)の(時間)変化なので、速度のこと, ・\(a=\dot{v}=\ddot{x}\)・・・ドットで微分を表す。2回微分であれば、ドットの数は2つ。, 抵抗と交流のところでも話しましたが、交流が難しく感じる原因は『交流回路は位相が変化するから』です。, 交流回路では、電源電圧の大きさや向きが時間変化するので、流れる電流もコロコロ変化してしまうのです。, では、電圧と電流の位相のずれを見るために、コイルを流れる電流を求めていきましょう!, コイルの誘電起電力は、電流と逆向きに\(L\frac{dI}{dt}\)の正方向を決めればよかったね!, ・電荷保存の式⇨コンデンサーが無いから使わない・電流保存の式⇨回路の中に分岐がないから使わない, 上のように考えると、➂の手順では、『電位差1周して0』しか使えないので、図を見ながら式を立てると、, 電流を求めたいので、➀式の右辺に着目すると、積分すれば出てくるので、両辺を時間で積分すると, $$\int{L\frac{di}{dt}}dt=\int{v_0sin\omega t}dt$$$$Li=\int{v_0sin\omega t}dt$$$$=-\frac{v_0}{\omega}cos\omega t+0$$(積分定数は、十分時間後は0), $$\therefore i=-\frac{v_0}{\omega L}cos\omega t$$$$=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})$$(sinをcosに変換:数Ⅰ数Ⅱ参照), 数Ⅲと三角関数の基本問題ができれば解けるはずだよ!逆にできない人は、数学が危ないと思ってほしい!!, さて、これで電流が出てきたので、『電源電圧』と『回路を流れる電流』を比較してみましょう!, $$v=v_0sin\omega t$$$$i=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})$$, あ!コンデンサーのときとは逆で、電流の方が電圧よりも、位相が\(\frac{\pi}{2}\)だけ遅くなっています!, そうだね!つまりコイルでは、誘電起電力が先にかかって、その次に電流が流れるということなんだ!, \(v=v_0sin\omega t\)と\(i=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})\)のグラフを描いてみると下のようになります。, コイルは、電流がいきなり流れるのを嫌うから、必ず逆電圧をかけてから、徐々に電流を流すんだ!, 交流回路には、直流回路における抵抗と同じような働きをする『インピーダンス』(単位はΩ)というものがあります。, インピーダンスは、抵抗と同じように『オームの法則』と同じ形で求めることができます。, インピーダンスを求める時は、最大値を使うか、実効値を使うか『どちらか統一』して使いましょう!, \(v=v_0sin\omega t\) と \(i=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})\)の最大値は、sin,cosの前にある数なので、\(v_0\) と \(\frac{v_0}{\omega L}\)です。, $$X_e=\frac{(電圧の最大値)}{(電流の最大値)}$$$$=\frac{v_0}{\frac{v_0}{\omega L}}$$$$=\omega L$$, コイルは"誘電起電力"を作ることから、$$\omega L$$ のことを、誘導リアクタンスというよ!, 誘導リアクタンスは、上のように導出できるようにしておくとともに、ぱっと書けるようにしておこう!, これができるようになれば、交流回路を理解できるようになるので、まずは手を動かして、上の3つをできるようにしていきましょう。, 現役のころは物理が苦手で丸暗記物理でセンター試験60点台。浪人して予備校に通うと神先生に出会い、旧帝大模試で物理偏差値65をたたき出し、現在理系大学4年生。, 次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。. 電圧を掛けると\(I=\frac{V}{R}\)の電流が流れます。位相も変わらないので、波形も同じようになります。, コイル(\(L\))の場合は抵抗の場合より少し手間が必要です。コイルの大きさの単位は \(H\)(ヘンリー) なので、電流を求めるためには単位を\(Ω\)(オーム)に変える必要があります。, $$X_L=ωL\ [Ω] \\X_L:\ リアクタンス\\ω:\ 角速度(電源)$$, 突然\(ω\)って記号が出てきましたね。\(H\)(ヘンリー) を \(Ω\)(オーム) にするためにはこの\(ω\)が必要です。, これは電源の角速度と言って電源によって変わります。ただ、電験三種では電源記号の横や問題文に書いてあるのでご安心を。, しかし、問題によっては\(ω\)ではなく周波数\(f\ [Hz]\)が書かれている場合もあります。電源の周波数\(f\)と\(ω\)の関係はこのようになります。, $$\omega =2\pi f[rad/s]\\但し、fの単位はHz(ヘルツ)$$, つまり、交流回路に\(L\)があった場合は電源の周波数\(f\)、もしくは角速度\(ω\)を使って、リアクタンス\(X_L\)に置き換えましょう。, 抵抗の時と同じような式ですね。ただし、抵抗\(R\)のときと大きく異なる点があります。それは電流の位相が\(\frac{\pi}{2}\)遅れること。波形と図で表しておきます。, コンデンサ(\(C\))の場合もコイルと同様の手間が必要です。コンデンサの大きさの単位は\(F\)(ファラド)です。電流を求めるために単位を\(Ω\)(オーム)に変える必要があります。, $$X_C=\frac{1}{ωC}\ [Ω] \\X_C:\ リアクタンス\\ω:\ 角速度(電源)$$, 重要なポイントは、コンデンサのリアクタンスを求める式はコイルの時と少し違っていること。間違えないようにしっかり覚えておきましょう!, $$ コイルの場合: X_L=ωL\ [Ω] コンデンサの場合:X_C=\frac{1}{ωC}\ [Ω], $$X_C= \frac{1}{ωC}= \frac{1}{2\pi fC} \ [Ω] $$, そして、重要なポイントがもう一つ。コイルの場合は電流の位相が電圧より\(\frac{2}{\pi}\)遅れました。しかし、コンデンサの場合は、電流の位相は電圧より \(\frac{2}{\pi}\) 進みます。. オームの法則 交流回路では、電源電圧の大きさや向きが時間変化するので、流れる電流も コロコロ変化 してしまうのです。 それが原因で、コイルやコンデンサー、抵抗は直流回路とは 違った振る舞い をします。. では、どんな振る舞いをするのか、最後に今回は、コイルについて見ていきましょう。 ・電磁気の回路問題が苦手・RL回路の解き方がわかりません・回路の中のコイルの扱い方がわかりません この記事を読めば、上の悩みは確実に解消されます! 参考書には、あたかも解き方がたくさんあるような書き方 ... ・物理が苦手で点数が取れない・いくら勉強しても偏差値があがらない 今回は、上のような悩みについて話していきます。 物理という科目は、『センスが必要』ということを聞いたことがあるかもしれませんが、それは ... ・弾性力の大きさってどうやって求めればいいの?・ばねの問題が苦手・弾性力の向きがイマイチわからない 今回は、こんな悩みについて解決していきます。 簡単な問題だと解ける人が多い、ばねの問題ですが、ばねの ... ・どうして、点電荷の電位の式に、マイナスが付くのですか?・電位の基準を、無限遠点にとるのはなぜ? この疑問をもつ人は、あなただけではなく、物理をやったことがある人すべてに共通する疑問なのです。 そこで ... 自己誘導と相互誘導って何ですか? コイル(導線)は、自分の中を貫く磁束の変化を、とてつもなく嫌うのでした。 嫌いなのにも関わらず、自分で磁束の変化を起こしてしまう、おっちょこちょい者なのが、自己誘導で ... Copyright© 受験物理テクニック塾 , 2020 All Rights Reserved Powered by AFFINGER5.