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物理の交流、コンデンサー、コイルについて
- コイルと抵抗1を並列につないだ回路について、コイルには電流が流れないと書いてあります。抵抗1に電流が流れることから、抵抗2とコイルの関係に疑問があります。
- 交流回路において、抵抗、コンデンサー、コイルがどのように作用するかについて理解したいです。教科書には電圧の位相差について記載されていますが、理屈で考えようとすると理解できません。
- 物理の交流回路におけるコイルとコンデンサーの挙動について、計算ではなく理論的に理解したいです。どちらかが理解できれば、教えていただきたいです。
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NO.２です。回線障害でネット接続が中断し，補足頂いた回答の遅れ，お詫びします。 前の回答文の最後の方，『RとC』は，『RとL』の誤入力でした。お詫びして訂正します。 さて，交流回路のインピーダンスは，一見，直流回路の抵抗のような働きに思えますが，理解の仕方に問題があります。純抵抗Rは電力を消費しますが，交流回路におけるCとLは電力を消費せず，単に電圧に対する電流の位相が変化するだけだと言うことです。 電力Wは電圧v(交流の場合は小文字で表すのが習慣です)と，電流iの積になります。 vとiの位相が９０度異なると，viの積の値は０になります。 加えた交流電圧と，回路に流れる電流に位相差が生じると，消費電力は位相差の大きさに従って小さくなることは，既に計算でご理解のことと思います。 交流の最大電圧vと最大電流i，それぞれの位相差と実効値，消費電力等の計算に，三角関数が用いられるところまではご理解されているようですから，電圧や電流が『電力の要素』であること，交流回路では実抵抗とインピーダンスの考えを混同してはならないことも，お分かりですね。 電圧に対して，CとLは電流の位相を進めたり遅らせたりの働きを持ちます。実物のコイルやコンデンサーは内部抵抗を持ちます。計算上は無視される場合が多いのですが，コイルの導線の抵抗値は０，コンデンサーの絶縁抵抗は無限大と仮定しています。 電気問題は，実質の電力エネルギーと損失エネルギーとの比＝電力効率を論じることが多いし，電力とは電圧と電流の積の実効値であることを理解して下されば，取り扱いになれることで，知識は一層深まると思います。 その内，対数を用いたdb(デシベル)値などの問題も理解しなければなりませんが，電圧・電流のデシベル表示には対数値の２０倍，電力表示には対数値の１０倍の数値が用いられることなどからも，位相のズレが係わってくることで，更に理解が深まると思います。 電気問題などは慣れ次第です。目に見えない物を取り扱うので，始めから嫌悪感を持たれる人も多く，途中で学習を投げ出してしまう人も多く見受けます。 どうか，一つ宛壁を乗り越えて，一層の勉学に励んで下さい。
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- kamobedanjoh
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ある回路に電圧を加えた瞬間に流れる電流を，『過渡電流』といいます。 一般に，物理的に急激な変化に対応して起きる現象を，『過渡現象』と言います。 一般に抵抗をR，コンデンサーをC，コイルをLで表します。 RとLの並列回路では，双方両端に常に同一の電圧が掛かっています。 Rに流れる電流量は，準抵抗体であれば常にオームの法則に従います。コイル型に巻いたニクロム線などでは，コイルとしての性質を無視出来ない場合があります。 Lに流れる電流は，過渡現象に於いて，電圧値に無関係にゼロから次第に増加します。増加の仕方は，Lのインダクタンスで決まります。抵抗２が加えられているのは，Lが完全導通したとき，回路が短絡状態になるのを避ける為の保護抵抗です。単巻きコイルの場合は，巻き方向はほとんど問題になりません。途中でコイルの巻き方向を反転させると，巻き回数差に従ってコイルとしての性能が失われて行きます。 交流回路の２次コイル(トランス結合)の場合は，位相反転を無視出来ません。 次に，RとCの直列回路を考えます。 両端に電圧を加えた瞬間，回路には過渡電流が流れます。その大きさは抵抗値RとCのコンダクタンスに従って，最初大きくやがて減少して，最後に蓄電容量が満杯になって流れなくなります。 RC並列接続では，両端の電圧は変わりません。回路全体の電流は，始め大きく流れ，Cが満たされると，Rを流れる電流だけになります。 最後にRとCの直列回路。導通させた瞬間の電流は，ゼロから次第に増加し，Rで決まる電流が流れ続けます。 以上が直流電圧の場合です。このことが理解出来ていたら，交流回路における『インピーダンス』の意味とその働きも理解出来ると思います。 三角関数でインピーダンスを使った計算が出来，位相差問題の公式が理解出来ているなら，『理屈』も自然に理解出来るようになるはずなのですが・・・。 繰り返しいろいろな回路で，問題を解いている内に，『理屈』を意識しなくなりますよ。
補足
回答ありがとうございます。とても参考になりました！ これからもっと問題を解いて理解を深めたいです。 「最後に…」のところの説明は、RとLの直列回路の説明ですよね？ L、R、Cが一つだけ存在する交流回路では 電流がどのように流れて電圧がどのように変化するのかは 何となくわかるようになってきました！ でも、なぜ「抵抗としての働き」が コンデンサーがある交流回路で1/ωC、 コイルがある交流回路でωLになるのかわかりません… 交流回路の電圧をV=Vosinωtとすると コイルだけの交流回路ではI=Vo/ωLsin(ωt-π/2)となり、 抵抗としての働きRを求めるなら V=IRからR=ωLtanωtとなるような気がします… 「抵抗としての働き」とは 「どのようなtに対してもV=IRが成り立つR」 という意味ではないんでしょうか？ この質問にも答えていただけたら嬉しいです！
- yokkun831
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>コイルに電流は流れないので、電位差はないですよね コイルに生じる電位差は，電流の大きさではなく，電流の時間変化の大きさによって決まります。ですから，電流がゼロでも電位差はゼロではありません。もちろん，ご紹介の場面では抵抗１の電圧降下とコイルに生じる誘導起電力が等しいということになります。 >コイルは巻き方によって電圧が正か負か変わる気がします… 巻き方によって生じる磁場の向きが変わります。レンツの法則によって磁場の変化を妨げようとする起電力が生じます。 巻き方が逆→磁場が逆→変化を妨げる１巻きの起電力が逆 →巻き方が逆なので全体の起電力の方向は同じ ということになると思います。
お礼
回答ありがとうございました！ (2)はしっかり図を書いたら理解できました。 (1)はまだよくわからないので 頂いた回答を参考に勉強を進めて行きます。
お礼
補足についての回答もしてくださって ありがとうございました！ 直流と交流の抵抗の働きを 同じようなものとしてとらえてました… もう一回教科書を確認し 沢山問題を解いていきたいと思います。 今回は本当にありがとうございました！