変圧器の誘導起電力に関するアンペールの法則の例題と公式
アンペールの法則
1. H.C. エルステッドによれば、電流は磁場を発生させる。この理論を発展させると、電流が流れるコイルも磁場を発生させる。電流が流れるときに棒磁石が発生させる磁場と同様の磁場を発生させるコイルは…
A. トーラス
B. ソレノイド
C. コイル状のワイヤー
D.長方形コイル
討論
棒磁石には北極と南極の2つの極があります。棒磁石によって発生する磁場は磁力線で表され、磁力線は北極から南極へと伸びています。
棒磁石によって発生する磁場は、横の図に示すように、ソレノイドによって発生する磁場と似ています。
ソレノイドとは、多数の巻き線を持つ長いコイルのことです。下の図は、電流を流したコイルを巻き付けて磁石を作る例を示しています。磁極の方向は、右手の法則を用いて決定できます。
右手を伸ばし、手のひらを顔に向けます。親指を伸ばし、他の4本の指を顔に向かって曲げます。4本の指の曲げる方向はコイル内の電流の方向に対応し、親指は磁場の北極を指します。親指はN軸を指しているため、Nは磁石の北極、Mは磁石の南極を表します。
正解はBです。
トロイド
2. 電流が流れるトロイドによって生成される磁場には方向があります…。
A. トーラスの平面に垂直
B. 回覧
C. 行ったり来たり
D. 時間による
討論
トロイドは円形のソレノイドであるため、右手の法則を用いると、トロイドによって生成される磁場は円形の方向を持つ。
正解はBです。
誘導起電力
3. 磁石をコイルの中に移動させると、コイルの両端に誘導起電力が発生します。この現象は、…によって引き起こされます。
A. コイルを横切る磁場の方向が変化する。
B. コイルを横切る磁極に変化が生じる
C. コイルを横切る磁力線の数に変化が生じる。
D. コイルを横切る磁力線の数が減少する
討論
誘導起電力は、変化する磁場によって発生します。誘導起電力の大きさは、磁場の変化率ではなく、磁束の変化率に依存します。磁束とは、コイルを通過する磁力線の数です。磁束の数式はΦです。B = BA cos θ。磁力線がコイルの表面積に垂直である場合、磁力線と法線との間に形成される角度は0です。o、ここでコサインは0ですo = 1. 磁力線がコイルの表面積に平行な場合、形成される角度は90度です。o、ここでコサインは90ですo = 0。したがって、磁束は、磁力線がコイルの表面積に平行なときに最小値となり、磁力線がコイルの表面積に垂直なときに最大値となります。
誘導起電力の大きさは、ファラデーの誘導法則の公式を用いて計算されます。
負の符号は、誘導起電力によって、磁束変化の発生源とは逆方向に電流が発生することを示しています。この法則はレンツの法則と呼ばれます。
正解はCです。
4. コイルに発生する誘導起電力は時間とともに直線的に増加します。コイルの表面積が一定で、磁場がコイルの表面に垂直である場合、この条件における磁場のグラフは次のようになります。
討論
誘導起電力の大きさは、ファラデーの誘導法則の公式を用いて計算されます。
電場がコイルの表面に垂直である場合、次のようになります。
説明：
磁場がコイルの表面に垂直な場合、磁束の公式は次のようになります。
B = 磁場、A = コイルの表面積。
コイルの表面積は固定値であり、磁場はコイルの表面に垂直であるため、その値も固定されている。
したがって、上記の式に基づくと、誘導起電力の値に影響を与えるのは磁束の変化率であり、磁束の変化率が大きいほど誘導起電力も大きくなるという結論が得られます。
正解はBです。
変成器
5. 次の記述に注意してください！
1. 一次巻線の数が二次巻線の数より少ない
2. 一次電圧は二次電圧よりも大きい。
3. 一次電流は二次電流よりも大きい。
4. 一次電力は二次電力よりも小さい
昇圧トランスの特性に該当する記述は…です。
A. ステートメント1および2
B. ステートメント1および3
C. ステートメント2および3
D. ステートメント2と4
討論
変圧器は、交流（AC）の電圧を変換する装置です。変圧器には昇圧変圧器と降圧変圧器の2種類があります。昇圧変圧器は電圧を上昇させ、降圧変圧器は電圧を低下させます。
昇圧トランスは電圧を上昇させる働きをし、その特性は以下のとおりです。
1. 一次電圧は小さく、二次電圧は大きい
2. 一次電流は大きく、二次電流は小さい。
3. 一次ターンの数が少なく、二次ターンの数が多い
降圧トランスは電圧を下げる機能を持ち、その特性は以下のとおりです。
1. 一次電圧は大きく、二次電圧は小さい。
2. 一次電流は小さく、二次電流は大きい。
2. 一次旋回数が多いほど、二次旋回数は少なくなる。
電力とは、特定の時間間隔で使用される電気エネルギーのことです。エネルギーは保存されるため、電力も保存されます。したがって、一次コイルの電気エネルギーは二次コイルの電気エネルギーと等しく、電力も等しくなります。
電力の計算式：
P = VI
説明：P = 電力、V = 電圧、I = 電流
電力は一定であるため、この式に基づくと、電圧が大きい場合、電流は小さくなり、電圧と電流の積は一定値になると結論付けられます。
正解はBです。
