誘電起電力と電池の電流の向きって逆って聞いた気がするんですけどそんなことないんですか？

123 (1) 流れる電流 I は, オームの法則よりI=E/R であり(Lは動いていな いので単なる導線) 電磁力Fは右向き (a→b の向き)で (2)Lが動き出すことからFは最大摩擦力μMgより大きい。 EBL EBLMg R <MgR (3) 等速度だから力のつり合いより ... ... 'Mg = I. Bl キルヒホッフの法則より Evo Bl=RI Vo = Io =" 'Mg Bl EB-μ'MgR B²1² C μl R E BO F = IBI = Io ++ 動摩擦力 EBI R Vo voBl 電磁力 距離)であり,単位時間 (1s間)にはvo[m] (4) 「 重 に相 125

写真は誘導起電力がvblと表されることについての説明なのですが、赤線部に「電子の移動は止む」と書かれていますが、電子の移動が止むということは電流が流れていないことと同じだと思うのですが、 なぜ電子(流)の流れが止むのに、誘導起電力は生じるのですか？電圧がかかっていることと電... 続きを読む

V=vBlのルーツをさぐってみよう。導体棒をvで動かすと,中の自由電 子は P→Qの向きのローレンツ力 evB を受けて移動し(図a), Q端に集ま る。 一方, P端では電子がいなくなって + が顔を出す。 この +, - が P→Qの向きに電場Eをつくり、残りの 自由電子は evBとは逆向きの静電気力 FeEを受ける。電子の移動とともにEが 増し、やがてeE = evBとなって力がつ り合うと,電子の移動は止む(とは言え, アッという間のできごと)。E=vBが電 場の最終値だ。 PQ間の電位差はV=El=vBl で P が高電位側なので図cのような電池に なっている。 図 a 図b 図 C ローレンツ力と要場の2つの力を 受ける P P 高電位 BA eE V evB evB Q 低電位 電流が流れる 電磁力 F=IBU 磁場中で 荷電粒子が動くローレンツカ f=qvB 誘導起電力 V=vBl (いずれも垂直成分が命) 金属棒が動く ちょっと一言 ローレンツ力が電磁力と誘導起電力の原因になっているという認 識も大切。 磁気ではいろいろな量の向きの決め方が登場したが,電流がつくる 磁場は右ねじで,電磁力, ローレンツ力は1つの方法 (たとえば左手) すいしょう で扱える。 誘導起電力は右ねじが推奨法。

写真の問題についてですが、導体棒がいずれ等速運動をする理由について、 「導体棒はF=IBLより(左手のフレミングで向きを合わせてあげると)右向きに動く。回路abQPを一巻きのコイルと見なしたとき、導体棒が右に動くということは、回路内の下向きの磁界が増えるから、それを打ち消そ... 続きを読む

EX2 EX 1 に続いて, ab間にRの抵抗と起 電力Eの電池をつなぎ, スイッチを付 ける。 PQ をレール上で静止させた状態 でスイッチを入れる。 外力は加えない。 (1) PQ の速さが”になったときの電流 I を求めよ。 (2) 十分に時間がたったときのPQの速さ b R 27 E/ P B↓ a を求めよ。 解 (1) スイッチを入れると QからPへ電流が流れ, PQは 右向きに電磁力を受け動き出す。 EX1 と同様, PQ を電池に 置き替えると右の図になる。 キルヒホッフの法則より _E-Bl R E-Bl=RI I= IはQ→Pの向き, このように電池があると必ずしも 誘導起電力の向きに I が流れるわけではないことにも注意。 (2) Q から Pへ流れる電流Iによる右向きの電磁力が を増していく。 やがてvBlがEに等しくなると上の式よ りIは0となる。 すると電磁力も消え, PQは等速度運動 E h E R Q I X V vBl P V.Bl=Eより. 等電位になる。

写真の問題の(2)についてですが、なぜ電流を流し始めてから時間が経つにつれ、導体棒は速く(電磁力が大きく)なるのですか？

EX2 EX 1 に続いて, ab間にRの抵抗と起 電力Eの電池をつなぎ, スイッチを付 ける。 PQ をレール上で静止させた状態 でスイッチを入れる。 外力は加えない。 (1) PQ の速さが”になったときの電流 I を求めよ。 (2) 十分に時間がたったときのPQの速さ b R 27 E/ P B↓ a を求めよ。 解 (1) スイッチを入れると QからPへ電流が流れ, PQは 右向きに電磁力を受け動き出す。 EX1 と同様, PQ を電池に 置き替えると右の図になる。 キルヒホッフの法則より _E-Bl R E-Bl=RI I= IはQ→Pの向き, このように電池があると必ずしも 誘導起電力の向きに I が流れるわけではないことにも注意。 (2) Q から Pへ流れる電流Iによる右向きの電磁力が を増していく。 やがてvBlがEに等しくなると上の式よ りIは0となる。 すると電磁力も消え, PQは等速度運動 E h E R Q I X V vBl P V.Bl=Eより. 等電位になる。

この問題で(2)書いてあるとおり電流による上向きの磁場があるはずですが、(4)でそれを無視して計算しているのは何故ですか

125 * 細い導線で作った半径a [m]の円形レール (S, SP P間は切れている)があり、このレール面の中心 R Oとレール上の点Pとの間には R [Ω] の抵抗が 接続されている。 さらに,中心Oとレールの間 には,レールに接しながら回転できる導体の棒 OQ が橋渡ししてあり,この棒は一定の角速度ω [rad/s]で回転している。 レール面には,それに 垂直に磁束密度B [T]の一様な磁場(磁界) が紙面 の表から裏への向きに加わっている。 (1) コイル OPQを貫く磁束は4t〔s〕間にどれだけ増加するか。 (2) 抵抗 R〔Ω〕の両端に発生する電位差V を求めよ。また,抵抗を流 れる電流の向きはO→PかそれともP→Oか。 0 B 棒 OSI (3) 抵抗 R [Ω]で消費する電力はいくらか。 13 (4) 棒OQ が磁場から受ける力はいくらか。 その向きは回転と同方向 か,逆方向か。 (5) 棒OQを一定の角速度 [rad/s]で回転させるために必要な外力の 仕事率P はいくらか。

ex2で質問です。 なぜvblはEを変えて電流が逆流することはないのですか？

(別解) 抵抗Rを見てみる。 bからaへ電流が流れている。 だから b が高電位。 bとQ,aとPの電位はそれぞれ等しい。 よってQが高電位 (3) PQ は等速度で動いているから、 力のつり合いが成りたつ。 電磁力は左向き に働くから、外力は同じ大きさで右向きである。 100 電磁気 B212 ∴. P=Fu=(UBI) 外力F=電磁力IBl= R R (別解) エネルギー保存則よりPはジュール熱に等しい(外力の仕事分だけジュー ル熱が発生する)。 電磁誘導ではエネルギー保存則にも気を配りたい。 以上をファラデーで考えると, PQba がコイルで, Bは一定だが面積Sが増していくため下向きに貫く磁 束が増す。 そこで上向きの磁場をつくる向き, すなわ ちP→Qの向きに電流を流そうとする (事実, 回路が 閉じているので流れる。) 4t の間の磁束の増加は右図 の斜線部に等しく, 4Φ=B×W4t V=40/4t=vBl A EX2 EX1に続いて, ab間にRの抵抗と起 電力Eの電池をつなぎ, スイッチを付 ける。 PQ をレール上で静止させた状態 でスイッチを入れる。 外力は加えない。 (1) PQ の速さがぁになったときの電流 Iを求めよ。 (2) 十分に時間がたったときのPQの速さを求めよ。 E b a a 67 EX1で導体棒 PQ がぁの抵抗をもつ場合の電流Iと,Pに対するQの電位 を求めよ。 High レールがなくてPQだけが磁場中を動いているとしよう。 コイルにあたる部分がないのにどうしてファラデーを適用 していくかというと、上のようなレールを仮想的に敷いて 考えればよい。 右の図のように右側にコイルを仮想して考 えてもよい。このようにファラデーには融通無碍な所がある。 P ゆうづうむげ ↑何ものにもとらわれなく自由 Quat B P Q V ひ 17² P 40 B 減少 右向きに電磁力を受け動き出す。 EX1 と同様, PQ を電池に PA 石巻替えると右の図になる。キルヒホッフの法則より E-Bl=RI 1. I=E-VBI R はQPの向き,このように電池があると必ずしも 誘導起電力の向きに「が流れるわけではないことにも注意。 (2) QからPへ流れる電流による右向きの電磁力が を増していく。 やがてBがEに等しくなると上の式よ りは0となる。 すると電磁力も消え, PQは等速度運動 に入る。又、十分時間が立っと電流は流れないと考えられる。 P61 v₁ Bl=Ev₁=₁ BlがEを超えて電流が逆流することはない。 I,”の時間変化は右のようになる。 電磁誘導は現象の進行を妨げる E R 第8位 ngs ちょっと一言 EX1や2で,もし, PQ の長 さがレールをはみ出していたとしても 答えは何も変わらない。 確かにPQ間 の誘導起電力はBLあるが、 回路と して役に立っている部分は Blだけ だし, はみ出し部分には電流が流れな いので電磁力もIBIでよい。 B やがては等速 等速度は力のつり合い V₂ P I 68 辺の長さ a, bの長方形コイルを一定の速さで 幅2αの磁場(磁束密度Bで手前向き)を横切らせる。 コイルの抵抗をR, 辺PQ が磁場に達したときを t=0 とする。 次のグラフを描け。 (1) 電流の時間変化 (PQの向きを正) (2) コイルを引く外力Fの時間変化 (右向きを正) 101 Q Q V 11 BL P V Q Jp P VI 1Q

ex2で質問です。 なぜvblはEを超えて電流が逆流することはないのですか？

100 電磁気 (別解) 抵抗Rを見てみる。 bからaへ電流が流れている。 だからbが高電位。 (3) PQ は等速度で動いているから,力のつり合いが成りたつ。 電磁力は左向き b と Q,aとPの電位はそれぞれ等しい。よって Qが高電位。 に働くから、外力は同じ大きさで右向きである。 外力F=電磁力IBl=B212 R . P=Fv=vBL)2 R (別解) エネルギー保存則よりPはジュール熱に等しい (外力の仕事分だけジュー ル熱が発生する)。 P=RI2=R(vBL/R)2 電磁誘導ではエネルギー保存則にも気を配りたい。 以上をファラデーで考えると, PQba がコイルで, Bは一定だが面積Sが増していくため下向きに貫く磁 束が増す。 そこで上向きの磁場をつくる向き, すなわ ちP→Qの向きに電流を流そうとする (事実, 回路が 閉じているので流れる。) 4tの間の磁束の増加は右図 の斜線部に等しく, 4Φ=Bxwat : V=40/4t=vBl EX2 EX1に続いて, ab間にRの抵抗と起 電力Eの電池をつなぎ, スイッチを付 ける。 PQ をレール上で静止させた状態 でスイッチを入れる。 外力は加えない。 (1) PQ の速さがぁになったときの電流 I を求めよ。 (2) 十分に時間がたったときのPQ の速さを求めよ。 b EZ a a Qv4t 67 EX1 で導体棒 PQ がrの抵抗をもつ場合の電流Iと,Pに対する Q の電位 を求めよ。 V. High レールがなくてPQだけが磁場中を動いているとしよう。 コイルにあたる部分がないのにどうしてファラデーを適用 していくかというと、上のようなレールを仮想的に敷いて 考えればよい。 右の図のように右側にコイルを仮想して考 P えてもよい。 このようにファラデーには融通無碍な所がある。 ↑何ものにもとらわれなく自由 ゆううむげ Bl P Q Q ity P 4p at te B 減少 解 (1) スイッチを入れるとQからPへ電流が流れ, PQ は 右向きに電磁力を受け動き出す。 Ex1 と同様. PQ を電池に 置き替えると右の図になる。 キルヒホッフの法則より E-Bl=RI I=E-VBI R IはQ→Pの向き, このように電池があると必ずしも 誘導起電力の向きにIが流れるわけではないことにも注意。 (2) QからPへ流れる電流Ⅰによる右向きの電磁力がか BlがEを超えて電流が逆流することはない。 Ivの時間変化は右のようになる。 V を増していく。 やがてBがEに等しくなると上の式よ りIは0となる。 すると電磁力も消え, PQ は等速度運動 に入る。又、十分時間か立っと電流は流れないと考えられる Bl=E より 02 BU ↓ E P6 電磁誘導は現象の進行を妨げる E ちょっと一言 EX1や2で,もし, PQ の長 さがレールをはみ出していたとしても 答えは何も変わらない。 確かに PQ 間 の誘導起電力はBLあるが、 回路と して役に立っている部分はvBlだけ だし、はみ出し部分には電流が流れな いので電磁力もIBI でよい。 I 1283 やがては等速 等速度は力のつり合い V₂ P I 68 辺の長さ a, bの長方形コイルを一定の速さで 幅2αの磁場(磁束密度Bで手前向き)を横切らせる。 コイルの抵抗をR, 辺PQが磁場に達したときを t=0 とする。 次のグラフを描け。 (1) 電流の時間変化 (PQの向きを正) (2) コイルを引く外力Fの時間変化 (右向きを正) 101 Q OTT Q V V vBl P Q V a Jp IP vi 10

(3)なのですが、電流はvが一定値だとながれないのですか？？？ 速さがあれば電流は流れると教わったのですが…

[n] 16. 電磁誘導 191 発展問題 335,336 P 電磁力と誘導起電力 発展例題 34 鉛直上向きに磁束密度Bの一様な磁場中に, 2本の 直線導体のレールが間隔で水平に置かれ, 内部抵抗 スイッチ AB 「の無視できる起電力 E の電池, 抵抗値R の抵抗およ A びスイッチに接続している。 レール上の導体棒PQ RO は、レールと垂直であり,なめらかに移動できる。 EZ (1) スイッチを閉じた直後, 棒PQが磁場から受け る力の向きと大きさを求めよ。 Q (2) 棒 PQ の速さがvとなったとき, 棒 PQ に流れる電流の大きさはいくらか。 (3) 棒PQ の速さは一定値に近づく。 この速さはいくらか。 大から,P→Qの向きであ P 指針 (1) スイッチを閉じた直後には、 棒PQにまだ誘導起電力は生じていない。 り,Pが低電位,Qが高 電位となる。 棒PQは, ◎B OR v Bl (2) 速さがv1 のとき, 誘導起電力はBである。 棒PQ を起電力 , Blの電池とみなし、キルヒ (ホッフの第2法則を用いる。 誘導起電力を生じる電池 とみなすことができ, p = E が負極、Qが正極となる Q (3) 速さが一定となるとき, 慣性の法則から、棒 PQにはたらく水平方向の力は0となる。 解説 (1) スイッチを閉じた直後, 棒PQ の誘導起電力は0である。 棒 PQ を流れる電 E 流はQPの向きに, I = である。 棒PQ Betono R (図)。 したがって、 誘導起電力は、電池の起電 力Eと逆向きに Blである。 PQ を流れる電 BADER 流をとすると, キルヒホッフの第2法則から、 E-v, Bl* E-vBl=Ri i== ARO 平木 (3) 一定の速さをvとする。 このとき, 棒PQに はたらく水平方向の力は0 となるので, 流れる 電流も0である。 (2)のiの式を用いて が磁場から受ける力の向きは, フレミングの左 手の法則から、図の右向きとなる。 力の大きさ EBU Fは, F=IBl= AVE-VBl. E E435 R 0=1 ひ= R BU (2) 棒PQ に流れる誘導電流は, レンツの法則 -VOS $

この図の装置の磁界の向きが図の赤い矢印の向き(上向き)になる理由が分かりません。 教えて下さると嬉しいです。

図2 A FR I N. R 磁石

磁力と電磁力と電気の力の違いはなんですか？