高校物理 要点・解法ノート
必須

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}。
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)

「電磁誘導と交流」の項目

  1. 磁束とファラデーの電磁誘導の法則必須
  2. レンツの法則(誘導電流の向き)必須
  3. 磁場中を動く導体棒の起電力必須
  4. 導体棒の終端速度とエネルギー収支差がつく
  5. 自己誘導とコイルのエネルギー必須
  6. 相互誘導差がつく
  7. コイルを含む回路(スイッチの直後と十分後)必須
  8. 交流の発生と実効値必須
  9. コイル・コンデンサーのリアクタンスと位相差がつく
  10. 変圧器と送電必須
  11. 電気振動(LC回路)差がつく
  12. 電磁波差がつく
  13. RLC直列回路のインピーダンスと共振不要

高校物理ノートの項目一覧 ・ 着眼点まとめ ・ ノート全体を開く(「理解した」のチェックと進み具合はノートに保存されます)