抵抗、コンデンサーと交流

コイルと交流、交流のまとめ

 

こちらのページでは高校物理における

 

・コイルと交流
・交流のまとめ(抵抗、コンデンサー、コイルを交流が流れる場合)

 

について解説しています。

 

 

コイルと交流

抵抗に交流を流す場合は、同位相つまり位相のズレが無く、比較的シンプルに考えられます。

 

また、コンデンサーに交流を流す場合やこのページで解説するコイルに交流を流す場合は、
位相にズレがあり、若干複雑になります。

 

それでは、コイルに交流を流す場合の電圧と電流の経時変化について考えていきましょう。

 

交流電源の電圧がV = Vmax sin ωt [V] で変化するとします。

 

 

①:下グラフ t=0の時

 

コイルに電圧がかかり、電流を流そうとすると、自己誘導つまり電流の変化を妨げようとする性質により、
電流は流れません。

 

つまり、電圧が最大となる時、電流は0となります。

 

 

②:下グラフ t=0~T/4の時

 

次に、徐々にコイルに電流が流れ始め、
電流が最大値となった時、今度は電圧が0となります。

 

 

③:下グラフ t=T/4~2/Tの時

 

②にて、電圧は0を過ぎ、逆向きの電圧がかかり始め、
電圧が①と逆向きに最大値を取る時、①と同様自己誘導の関係から、電流値が0となります
・・・・

 

という、電圧が先に動き、電流が追いかけるという流れが、コイルに交流を流すと繰り返され、
グラフは下図の通りです。

 

また、電流Iを表す式はI = Imax sin (ωt - π/2) [A](ここで Imax = Vmax/ωL) 
π/2分、電圧より位相が遅れていることがわかります。

 

(※コイルの通電電流式の導出はこちらで解説しています。)

 

 

 

 

ここで、電流の数式中のImaxに対応する部分を抵抗とコンデンサーで比較すると、

 

Vmax / R =  Vmax / ωL となり、 R =  ωL に相当することがわかります。 

 

このωLのことを誘導リアクタンスと呼び、等式の通り抵抗Rのコイル版のようなもので、
この値が大きいほど交流電流が流れにくいことを表しています。

 

 

(※抵抗、コンデンサーに交流が流れる場合はこちらで解説しています。)

 

 

交流のまとめ

高校物理の問題では、

 

・抵抗に交流を流した時の電流と電圧の経時変化

 

・コンデンサーに交流を流した時の電流と電圧の経時変化

 

・コイルに交流を流した時の電流と電圧の経時変化

 

を扱う問題を良く見かけます。

 

 

これらの問題では、

 

①電流と電圧の位相のズレ
②電圧の最大値と電流の最大値の関係性

 

をきちんと理解しておくことが大事です。

 

これを下記にまとめましたので、是非活用してみてくださいね。

 

 

 

 

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