高校物理 要点・解法ノート
必須

コイルを含む回路(スイッチの直後と十分後)

着眼点スイッチを入れた直後、コイルの電流は直前の値のまま(はじめ0なら断線と同じ)。十分時間がたつと、抵抗0のコイルはただの導線。

  • 直後: 電流は直前と同じ値。はじめ0なら0。
  • 十分後: 電流が一定なのでコイルの電圧0(導線)。
  • スイッチを切った直後: コイルは直前の電流を流し続けようとし、ほかの抵抗に大きな電圧が出ることがある。
例題
1
起電力 6.0\ \mathrm{V} の電池、3.0\ \Omega の抵抗、抵抗0のコイル、スイッチを直列につなぐ。スイッチを入れた直後のコイルの電圧と、十分時間がたったときの電流を求めよ。
解答
直後は電流0なので抵抗の電圧0、コイルの電圧は 6.0\ \mathrm{V}。十分後はコイルの電圧0で I = 6.0/3.0 = 2.0\ \mathrm{A}。
2
起電力 6.0\ \mathrm{V} の電池とスイッチと R_1 = 2.0\ \Omega を直列にし、その先に、抵抗0で 0.50\ \mathrm{H} のコイルと R_2 = 10\ \Omega を並列にしたものをつなぐ。十分時間がたってからスイッチを切った。切った直後の R_2 の電圧と、その後 R_2 で発生するジュール熱の総量を求めよ。
解答
十分後、コイルは導線なので R_2 には電流が流れず、コイルに 6.0/2.0 = 3.0\ \mathrm{A}。
切った直後、コイルの 3.0\ \mathrm{A} はコイルと R_2 の輪を流れ続ける。R_2 の電圧 10\times3.0 = 30\ \mathrm{V}(電池の起電力より大きい)。
ジュール熱はコイルのエネルギーすべて: \frac12\times0.50\times3.0^2 = 2.25 \approx 2.3\ \mathrm{J}。
ポイントコンデンサーと対にして覚える。コンデンサーは「電圧が急に変わらない」、コイルは「電流が急に変わらない」。
注意スイッチを切った直後の R_2 の電流は、切る前の R_2 の電流(0)ではなく、コイルの電流(3.0\ \mathrm{A})が向きを保って流れ込む。向きは「コイルの中の電流の向きが変わらない」ことから図で追う。

「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

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