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物理 高校生

物理の磁気の問題です。 黄色マーカーで引いた箇所の解説をお願いします。

問題 25. 交流回路 (105 交流の発生 図のように, 磁束密度の大きさ B[Wb/m²] の一様な磁場中に, 一辺 の長さ21(m) の正方形コイル abcd を 置いた。 このコイルは, 辺bcの中点 を通り辺abに平行な軸のまわりに回 転することができ、この回転軸が磁場 f と垂直になるように設置されている。時刻t = 0〔s〕において,辺bcは磁場 と平行であり,cからbへの向きが磁場の向きと一致していた。このコイル に抵抗値R COPの抵抗を接続し,コイルを図に示した向きに一定の角速度 w(rad/s) で回転させた。ただし、コイルの誘導起電力および抵抗を流れる 電流は, a b c d→e→f→aの向きを正とする。 (1) 時刻において, 辺 abに生じる誘導起電力はいくらか。 (2) 時刻t において, コイル abcd 全体に生じる誘導起電力はいくらか。 (3) 時刻 において, 抵抗を流れる電流はいくらか。 (4) 抵抗を流れる電流の実効値はいくらか。 (5) 抵抗で消費される電力の平均値はいくらか。 N C 214 B N d (c) R d (c) (解説) (1) 0 <wt <= 〔rad〕のときに ついて, コイルをad側から見て考えよう (右 図)。辺ab は, 半径[[m], 角速度w [rad/s〕 で回転しているので, 速さはww 〔m/s]である。 時刻f[s] では, コイルが磁場方向からwt〔rad〕 だけ傾いているので,辺 abの速度の磁場に垂直な成分はlcoswt[m/s]で ある。辺abに生じる誘導起電力 Va〔V〕は,a→bの向きに生じ,正なので, Vab=Wwcoswt.B・21 = 21wBcoswt〔V〕 v Bad lw (2)(1)と同様に考えて, 辺cdに生じる誘導起電力Va〔V〕は, cdの向きに生 じ,正なので, 物理 磁場に垂直な成分 lw lwcoswt wt <福岡大〉 wt a (b) a (b) S Ved = 212wBcoswt〔V〕 また,辺bcと辺ad には誘導起電力は生じない。したがって, コイル abcd なぜ

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物理 高校生

交流回路でコイルの位相がπ/2進んでいたり遅れていたりすると思うのですが、この問題ではなぜ遅れている方なのですか? よろしくお願いします

(1)抵抗に流れる電流IR の位相は電圧Vと同じなので LIVE V_ V。 TR=ー R 'sinot R %D ンスLのコ がのの交流電源を きるものとする。 とし, 時刻tにお である。 時刻tにおける 電流,電圧の実効値を Ie, V。とし, 電流の最大値を I=号)とする。 抵抗での平均電力は万-ムV-×-ー V。 V。 2R /2 (2) コイルに流れる電流Lの位相は電圧 より答遅れ、また,リアクタン Io1使ない!! スが X=wLなので 1 三角関数の公式 sin(-0)=-sin0 ム--sin(ut-)(あるいは一cos o) L=- V_ V。 sin(-)-come -sin(ot V。 コイルでの平均電力は P=0 位匠は VL=C る。また, 抵抗で 交流電源の角 を使用 (3) コンデンサーに流れる電流 Icの位相は電圧Vより一進み, また, リア (ar-) -sin クタンスが Xc= 1 なので OC V。 -sin oL Ic==oCVosin(ot+)(あるいは ωCV.cosot°) V。 -cos wt oL Xc た。Woは wo= コンデンサーでの平均電力は Pc=0 2 公式 451.電気振重 起電力 6.0Vの Lは自己インタ Sはスイッチで (1) Sをa側に Sをb側に (チ+のー =cos 0 を使用 -のここがポイント 449 コンデンサーのリアクタンス(抵抗のはたらき)は 1 wC 2元fC R, C直列回路のインピーダンス(抵抗のはたらき)は Z=, R+ V。 電源電圧(実効値) Ve, 回路の電流(実効値) I。 の関係式は I=- Z 電圧»[V] になった。 電気容量 (2) このとき 448.交流回路 コンデンサーと角周波数wの 電圧 V=Vosinwt(tは時刻)の交流電源がある。 抵抗,コイル,コンデンサーそれぞれに,電圧Vを加えた。以下, R, L, C, Vo, w, tのうち必要なものを用いて解答せよ。 (1)抵抗に流れる電流(瞬時値)および電力 (平均値) を求めよ。 (2コイルに流れる電流(瞬時値)および電力(平均値)を求めよ。 (3) コンデンサーに流れる電流(瞬時値)および電力(平均値)を求めよ。 抵抗値Rの抵抗,自己インダクタンスLのコイル,電気容量Cの 図3に記 とする)。 また,こ 452.電磁 せよ。 449 交流回路の消費電力 図のように,100Ωの抵抗R, 交流電流計 A, コンデンサ 電磁波の り,しか

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