ホーム » 理科 » 物理 » 電磁気学・光学・天文学 » これで「コイル」と「電流」の関係がスッキリ!理系ライターがわかりやすく解説, 「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。, 現役の理系大学生ライター。電気電子工学科に所属しており、電気回路や電子回路、電磁気学を主に勉強中。アルバイトは塾講師をしており高校生たちに数学や物理の面白さを伝えている。, コイルとは電気回路、電子回路にはほとんど組み込まれていると言っても過言でないほど基本的な回路素子です。回路を理解しようとするならコイルを避けて通ることはできません。, コイル自体は導線をバネのような形状になるようにグルグル巻いたものです。作り自体は非常に簡単な作りをしているのですが、このコイルに電流を流すことで様々な働きをします。, コイルに電流を流し始めたとき、実はコイルにほとんど電流が流れ込みません。ただ、しばらく電流を流し続けると徐々にコイルに電流が流れていき、最後には普通の導線と同じ扱いになります。, 次に流し続けていた電流を止めてみましょう。そうするとなんといままで電流が流れていたのと同じ方向に電流が流れ出します!, このことをまとめるとコイルは電流の変化を和らげるような動きをすることが分かりますね!次からはなぜコイルがこのような挙動をするのか磁気的な関係を含めながらみていきましょう!, 先ほど説明したコイルの電流の変化を和らげる働きは電磁誘導の法則という自然現象と大きく関係があります。, 電磁誘導の法則というのは簡単に説明するとコイル内の磁束の時間変化によってコイルに起電力が発生するということです。この法則を踏まえてコイルに電流を流してみましょう。, コイルに電流が流れると右ネジの向きに磁束が発生します。右ネジの向きというのは右手の親指以外をコイルを流れる電流に沿わせて握って親指を立てたときに親指が向いている方向が右ネジの向きです。, 電磁誘導の法則によりこのとき発生した磁束を打ち消す方向にコイル内で起電力が発生します。これはもともとコイルにかかっている電圧と逆の電圧です。, 電流を止めたときにはもともとあった磁束をコイルが作りだそうとします。そのためにもともとコイルにかかっていた電圧と同じ方向に電圧が発生し、止めた電流と同じ方向に電流が流れるんですね。, 先ほどの説明で電流を流すのをやめた直後にコイルがもともと流れていた電流と同じ向きの電流を流すというものがありました。このとき、流れる電流のエネルギーはコイルが持っていたと考えることができますよね。, コイルが蓄えるエネルギーはインダクタンスというコイル固有の値とコイルに流れていた電流の大きさで決まります。上の画像の式ですね。LがインダクタンスでIがコイルに流れている電流です。ここでの電流は電源によってコイルに流れていた電流でコイルが流す電流電流ではないので注意してください。, 次にコイルに交流電流を流したときのコイルと電流の関係についてみていきましょう。コイルに交流電流を流した際には大きく2つの働きがはあります。, 現役の国立理系大学生。大学では電気系を中心に自然法則について学んでいる。アルバイトは塾講師を務めており日々高校生に数学、物理の面白さを伝えている。. ここでは磁気回路の原理と問題の解き方を解説します。 (1) 電圧を求める\(V=IR\) では、どんな振る舞いをするのか、最後に今回は、コイルについて見ていきましょう。   電圧を掛けると\(I=\frac{V}{R}\)の電流が流れます。位相も変わらないので、波形も同じようになります。, コイル(\(L\))の場合は抵抗の場合より少し手間が必要です。コイルの大きさの単位は \(H\)(ヘンリー) なので、電流を求めるためには単位を\(Ω\)(オーム)に変える必要があります。, $$X_L=ωL\ [Ω] \\X_L:\ リアクタンス\\ω:\ 角速度(電源)$$, 突然\(ω\)って記号が出てきましたね。\(H\)(ヘンリー) を \(Ω\)(オーム) にするためにはこの\(ω\)が必要です。, これは電源の角速度と言って電源によって変わります。ただ、電験三種では電源記号の横や問題文に書いてあるのでご安心を。, しかし、問題によっては\(ω\)ではなく周波数\(f\ [Hz]\)が書かれている場合もあります。電源の周波数\(f\)と\(ω\)の関係はこのようになります。, $$\omega =2\pi f[rad/s]\\但し、fの単位はHz(ヘルツ)$$, つまり、交流回路に\(L\)があった場合は電源の周波数\(f\)、もしくは角速度\(ω\)を使って、リアクタンス\(X_L\)に置き換えましょう。, 抵抗の時と同じような式ですね。ただし、抵抗\(R\)のときと大きく異なる点があります。それは電流の位相が\(\frac{\pi}{2}\)遅れること。波形と図で表しておきます。, コンデンサ(\(C\))の場合もコイルと同様の手間が必要です。コンデンサの大きさの単位は\(F\)(ファラド)です。電流を求めるために単位を\(Ω\)(オーム)に変える必要があります。, $$X_C=\frac{1}{ωC}\ [Ω] \\X_C:\ リアクタンス\\ω:\ 角速度(電源)$$, 重要なポイントは、コンデンサのリアクタンスを求める式はコイルの時と少し違っていること。間違えないようにしっかり覚えておきましょう!, $$ コイルの場合: X_L=ωL\ [Ω] コンデンサの場合:X_C=\frac{1}{ωC}\ [Ω], $$X_C= \frac{1}{ωC}= \frac{1}{2\pi fC} \ [Ω] $$, そして、重要なポイントがもう一つ。コイルの場合は電流の位相が電圧より\(\frac{2}{\pi}\)遅れました。しかし、コンデンサの場合は、電流の位相は電圧より \(\frac{2}{\pi}\) 進みます。. 電流には直流と交流の2つの種類がある。今回は分かりやすくするためにコイルに直流電流を流したときと交流電流を流した場合に分けて進めていく。 今回は理系大学生ライターの四月一日そうと一緒にみていくぞ! オームの法則 ... 電荷(+や-を持った粒)が存在すると電界が発生します。身近な例は多々あります。下敷きで頭をこするドアノブを触ると静電気が走るなどです。 電気の分野では絶対に避けて通れないオームの法則について解説します。 【英語】1分でわかる!「… as a whole」の意味・使い方・例文は?ドラゴン桜と学ぶ英語主要熟語. では、どんな振る舞いをするのか、最後に今回は、コイルについて見ていきましょう。 (3) 抵抗を求める\(R=\frac{V}{I}\) 電磁気の分野は、『電場・電位』で一度心を折られ、『電磁誘導』で二度目、そして『交流』で心が粉砕します。, 僕も、現役生のときは、物理のエッセンスを読んで頑張っていましたが、今読み返してみると、ほんとただのテクニック本やなあ、と思います。, 結論から言ってしまうと、交流でも直流でもやることは同じなので、何も難しくはありません!, ✔この記事の信頼性苦手だった物理を、浪人時に偏差値65以上センター試験満点近くまで伸ばした、参考書には書かれていない、考え方や勉強法について、必要なエッセンスを『ぎゅっと』凝縮してまとめています。, 【電磁気の分野の注意点】極力微積は使わないように説明していますが、電磁気の分野では微積を使うことで理解が深まる場所は、微積を使っています。微積といっても、数Ⅱ数Ⅲの教科書例題レベルなので、身構えなくても大丈夫です!, 【例】・\(v=\frac{dx}{dt}\)・・・(分子)の(分母)変化と読む。今回は、(位置)の(時間)変化なので、速度のこと, ・\(a=\dot{v}=\ddot{x}\)・・・ドットで微分を表す。2回微分であれば、ドットの数は2つ。, 抵抗と交流のところでも話しましたが、交流が難しく感じる原因は『交流回路は位相が変化するから』です。, 交流回路では、電源電圧の大きさや向きが時間変化するので、流れる電流もコロコロ変化してしまうのです。, では、電圧と電流の位相のずれを見るために、コイルを流れる電流を求めていきましょう!, コイルの誘電起電力は、電流と逆向きに\(L\frac{dI}{dt}\)の正方向を決めればよかったね!, ・電荷保存の式⇨コンデンサーが無いから使わない・電流保存の式⇨回路の中に分岐がないから使わない, 上のように考えると、➂の手順では、『電位差1周して0』しか使えないので、図を見ながら式を立てると、, 電流を求めたいので、➀式の右辺に着目すると、積分すれば出てくるので、両辺を時間で積分すると, $$\int{L\frac{di}{dt}}dt=\int{v_0sin\omega t}dt$$$$Li=\int{v_0sin\omega t}dt$$$$=-\frac{v_0}{\omega}cos\omega t+0$$(積分定数は、十分時間後は0), $$\therefore i=-\frac{v_0}{\omega L}cos\omega t$$$$=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})$$(sinをcosに変換:数Ⅰ数Ⅱ参照), 数Ⅲと三角関数の基本問題ができれば解けるはずだよ!逆にできない人は、数学が危ないと思ってほしい!!, さて、これで電流が出てきたので、『電源電圧』と『回路を流れる電流』を比較してみましょう!, $$v=v_0sin\omega t$$$$i=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})$$, あ!コンデンサーのときとは逆で、電流の方が電圧よりも、位相が\(\frac{\pi}{2}\)だけ遅くなっています!, そうだね!つまりコイルでは、誘電起電力が先にかかって、その次に電流が流れるということなんだ!, \(v=v_0sin\omega t\)と\(i=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})\)のグラフを描いてみると下のようになります。, コイルは、電流がいきなり流れるのを嫌うから、必ず逆電圧をかけてから、徐々に電流を流すんだ!, 交流回路には、直流回路における抵抗と同じような働きをする『インピーダンス』(単位はΩ)というものがあります。, インピーダンスは、抵抗と同じように『オームの法則』と同じ形で求めることができます。, インピーダンスを求める時は、最大値を使うか、実効値を使うか『どちらか統一』して使いましょう!, \(v=v_0sin\omega t\) と \(i=\frac{v_0}{\omega L}sin(\omega t-\frac{\pi}{2})\)の最大値は、sin,cosの前にある数なので、\(v_0\) と \(\frac{v_0}{\omega L}\)です。, $$X_e=\frac{(電圧の最大値)}{(電流の最大値)}$$$$=\frac{v_0}{\frac{v_0}{\omega L}}$$$$=\omega L$$, コイルは"誘電起電力"を作ることから、$$\omega L$$ のことを、誘導リアクタンスというよ!, 誘導リアクタンスは、上のように導出できるようにしておくとともに、ぱっと書けるようにしておこう!, これができるようになれば、交流回路を理解できるようになるので、まずは手を動かして、上の3つをできるようにしていきましょう。, 現役のころは物理が苦手で丸暗記物理でセンター試験60点台。浪人して予備校に通うと神先生に出会い、旧帝大模試で物理偏差値65をたたき出し、現在理系大学4年生。, 次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。. こちらの図は磁気回路の問題などでよく... 問3(答え:2) コイルの評価ではL、Q、Rdcを測定します。 IM3533やIM3536などは1台でL、Q、Rdcの測定 ができます。交流信号でLとQを測定した後、 直流信号でRdcを測定します。 ※Rs、Rp=Rdcではありません。RsやRpは交流 で測定した抵抗です。RsやRpにはコアの損 交流回路のR(抵抗)、L(コイル)、C(コンデンサ)の働きについて解説します。~Point~ 抵抗(R)は基本的に直流回路と同じ考え方でOKコイル(L)は電流の位相を\(\frac{\pi}{2}\)遅らせる。単位は(ヘンリー)コンデンサ( チョークコイルとは、交流をチョーク(阻止)し、直流を通すという意味からきている。 高周波の電流が来ると、コイルの誘導性リアクタンスが上昇し、電流が通りにくくなるため、高周波の信号を通さないで、低周波と直流のみ通すことでノイズを阻止したりする。 自... 問7 ・電磁気の回路問題が苦手・RL回路の解き方がわかりません・回路の中のコイルの扱い方がわかりません この記事を読めば、上の悩みは確実に解消されます! 参考書には、あたかも解き方がたくさんあるような書き方 ... ・物理が苦手で点数が取れない・いくら勉強しても偏差値があがらない 今回は、上のような悩みについて話していきます。 物理という科目は、『センスが必要』ということを聞いたことがあるかもしれませんが、それは ... ・弾性力の大きさってどうやって求めればいいの?・ばねの問題が苦手・弾性力の向きがイマイチわからない 今回は、こんな悩みについて解決していきます。 簡単な問題だと解ける人が多い、ばねの問題ですが、ばねの ... ・どうして、点電荷の電位の式に、マイナスが付くのですか?・電位の基準を、無限遠点にとるのはなぜ? この疑問をもつ人は、あなただけではなく、物理をやったことがある人すべてに共通する疑問なのです。 そこで ... 自己誘導と相互誘導って何ですか? コイル(導線)は、自分の中を貫く磁束の変化を、とてつもなく嫌うのでした。 嫌いなのにも関わらず、自分で磁束の変化を起こしてしまう、おっちょこちょい者なのが、自己誘導で ... 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