電磁気学でもやっぱり向きが大切

みなさん、こんにちは。

第八回は電磁気学の中間についての説明と解説を行っていきたいと思います。

一つ目はキルヒホッフの第二法則についてです。キルヒホッフの第二法則は回路中の一回りの閉じた回路について起電力の和と電圧降下の和は等しいという事です。そこで生徒がよく混乱するのが、電源を電流と逆向きに通過したときの処理です。電源は起電力となるので、順方向への通過は起電力として処理すればいいのですが、逆方向への通過はどう処理をすべきかわからないという生徒が多いです。これに対しての答えは、抵抗と同じように扱う、つまり電圧降下として扱うという事です。順方向に対して電位が上がるという事は、逆方向では電位が下がるという事になります。したがって抵抗を順方向で通過したときと変わらなくなるので、電圧降下として扱うのです。これに則して、抵抗を逆向きに通過すると起電力の上昇となり、符号が変わる場合があります。キルヒホッフの第二法則を使うときは、経路に注意しましょう。

二つ目は、非直線抵抗を扱うときの計算です。回路上で豆電球が繋がれている場合がたまにあります。これをこのまま、今までの抵抗の処理の仕方で解くことはできません。なぜなら豆電球は非直線抵抗だからです。非直線抵抗とは、電流を流すことによって温度が上昇するために抵抗値が大きく変化してしまい、電流と電圧の関係を表すグラフが直線的にならない、つまり、電圧と電流が比例しない抵抗のことです。電圧と電流が比例しないため、今までのオームの法則が適用出来ません。ではどうやって解くかというと、グラフを使って交点などで解くのです。基本的によくあるのが、抵抗と直列接続された回路です。このような場合、非直線抵抗にかかる電圧をVとおいて、電流値をIとおいた、一次関数を使って求めます。この一次関数を、非直線抵抗の電圧と電流の関係が描かれたグラフに上から書くことで、交点を求めることができ、そこがかかる電圧になるとわかります。このグラフを使ったとき方は、物理の中でも唐突に出てきます。この問題に関しては何回も解いて理解するまでやったほうがいいかもしれません。

三つ目は磁場全般のお話です。基本的に電流の作る磁場の話では右ねじの法則が適応できます。フレミングの左手の法則に関しても電流から磁場に向かって人差し指から小指を回せば親指の方向が力の働く向きになることがわかります。すべてにおいて適用できるので、右ねじの法則は必ず頭に入れておきましょう。

次回は電磁気学の後半についてまとめてみたいと思います。

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