物理:電磁誘導と交流

コイルを貫く磁束が変化すると電流が流れる電磁誘導のしくみと、それを利用して作られる交流、そして交流によって生じる電磁波を学ぶ単元です。

だいじな考え方

• 電磁誘導によって生じる誘導起電力は、コイルを貫く磁束の変化の速さに比例します(ファラデーの法則)。磁束が大きくても、変化していなければ起電力は生じません。
• 誘導電流の向きは、磁束の変化を妨げる向きに流れます(レンツの法則)。
• 交流は、電圧や電流の大きさと向きが周期的に変化する電流で、実際の計算では最大値ではなく実効値(最大値を√2で割った値)を使うことが多いです。
• 交流によって、電場と磁場が互いに変化しながら空間を伝わる電磁波が生じます。

誘導起電力を決めるのは、磁束の大きさではなく変化の速さ。

やりかた

1. コイルを貫く磁束の変化量ΔΦと、かかった時間Δtを確認する
2. 誘導起電力V=N×ΔΦ/Δt(Nは巻数)に代入する
3. 誘導電流の向きは、磁束の変化を打ち消す向きになるように決める
4. 交流の計算では、最大値と実効値のどちらが与えられているかを確認する

れい

問題: 巻数100回のコイルを貫く磁束が、0.20秒間に0.60Wbから0.20Wbに変化した。生じる誘導起電力の大きさを求めよ。

1. 磁束の変化量ΔΦ=0.60-0.20=0.40Wb
2. 誘導起電力V=N×ΔΦ/Δtに代入する
3. V=100×0.40/0.20

答え: 200V

つまずきやすいところ

たしかめ方

• 求めた誘導起電力の式に、磁束の変化と時間をもう一度代入し、単位(V)まで合っているか確かめます。
• 与えられた値が最大値か実効値かを問題文で見直し、√2をかけるか割るかを再確認します。