磁束とファラデーの電磁誘導の法則
着眼点コイルを貫く磁束が変化すると起電力が生じる。大きさは「巻数 × 1秒あたりの磁束の変化」。
\Phi = BS,\qquad V = -N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}
磁束 \Phi の単位は \mathrm{Wb}。マイナスは「変化を妨げる向き」(レンツの法則)を表す。大きさだけなら |V| = N\left|\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right|。
例題
1
巻数100回のコイルを貫く磁束が、0.10\ \mathrm{s} の間に 2.0\times10^{-3}\ \mathrm{Wb} から0に一様に減った。誘導起電力の大きさを求めよ。
解答
V = 100\times\dfrac{2.0\times10^{-3}}{0.10} = 2.0\ \mathrm{V}
2
面積 4.0\times10^{-2}\ \mathrm{m^2}、巻数50回のコイルの面に垂直な磁場が、毎秒 0.50\ \mathrm{T} の割合で増えている。コイルに 5.0\ \Omega の抵抗をつないだとき流れる電流を求めよ(コイルの抵抗は無視)。
解答
\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t} = S\dfrac{\Delta B}{\Delta t} = 4.0\times10^{-2}\times0.50 = 2.0\times10^{-2}\ \mathrm{Wb/s}。
V = 50\times2.0\times10^{-2} = 1.0\ \mathrm{V}、I = 1.0/5.0 = 0.20\ \mathrm{A}。
V = 50\times2.0\times10^{-2} = 1.0\ \mathrm{V}、I = 1.0/5.0 = 0.20\ \mathrm{A}。
ポイント\Phi-t グラフでは、起電力の大きさは傾き。傾きが0の区間(磁束一定)では起電力0。
注意起電力を生むのは磁束の「量」ではなく「変化」。磁束が大きくても一定なら起電力は0。
確認問題
1
磁束が \Phi = 3.0\times10^{-3}t(\mathrm{Wb})で増える1回巻きコイルの起電力の大きさは。
答え
3.0\times10^{-3}\ \mathrm{V}(傾き)