高校物理からはじめる工学部の物理学

今回は直列回路と並列回路について、抵抗とインピーダンスの合成則について説明します。 まず、直流電源の直列回路と並列回路について、抵抗・電気容量・自己インダクタンスの合成結果は次のようになります。 直流回路の合成抵抗 抵抗を $R_1,R_2...

アンペールの法則は、定常電流と静磁場の関係を記述する法則です。この法則を時間変化する電流にも適用できるよう、一般化するとき、変位電流という考え方が必要となります。 変位電流とは？ 電束密度 $\B{D}$ の時間変化を変位電流密度と呼ぶ。 ...

今回は交流回路の”抵抗”に相当する概念である、リアクタンス(誘導抵抗、感応抵抗)とインピーダンス(合成抵抗)について説明します。まず、リアクタンスは次のように説明される物理量です。 リアクタンスとは？ 交流電源につながれたコイルやコンデンサ...

今回は、抵抗とコイル、そしてコンデンサ―を直列につないだ $RLC$ 回路の振る舞いについて考えます。 また、$RLC$ 回路に交流電源をつないだ共振回路の振る舞いについても考えます。 なお、これらの電気回路から導かれる微分方程式は、減衰振...

これまで、コンデンサ―や抵抗、コイルの性質について見てきました。今回は、これらの電気部品を組み込んだ回路の振る舞いについて考え行きます。 具体的には、コンデンサ―と抵抗を直列につないだ $RC$ 回路と、コイルと抵抗を直列につないだ $RL...

今回はビオ・サバールの法則を用いて、無限に長いソレノイドコイルの内部に形成される磁場の大きさを求めます。 結論から示すと、磁場の大きさは下のように表されます。なお、ソレノイドコイル内に形成される磁場の向きも右ねじの法則に従って形成されます。...

電流の流れているコイルには、磁場の形でエネルギーが蓄えられることが知られています。 このエネルギーのことを、電磁気学では、磁場のエネルギーと呼びます。なお、磁場のエネルギーは次のように表されます。 磁場のエネルギーとエネルギー密度 透磁率を...

今回は、ファラデーの電磁誘導の法則をコイルに応用した場合に導かれるインダクタンスの概念について説明します。 自己インダクタンスとは？ コイルに流れる電流 $I$ の時間変化により生じる誘導起電力(逆起電力) $V$ は、比例係数 $L$ を...

以前、ファラデーの電磁誘導の法則を考え、閉回路が動かず磁束のみが変化する場合では、以下の関係が成立することを説明しました。（$\B{E}$ を電場、$\B{B}$ を磁束密度とします） \begin{split}\RM{rot}\B{E}=...

エルステッドの実験やアンペールの実験からは、電流が磁場と力の組み合わせを生み出すことが分かります。この関係は逆転させることができ、磁場と力の組み合わせから電流を生み出すことができます。 このように、変化する磁場は電流を生み出します。なお、こ...