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コイル＋コンデンサー＋電池で時間が経ったら

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質問者：aneja
質問日時：2017/10/21 18:17
回答数：3件

物理のエッセンス電磁気の８５番の問題ですが、図のような回路でスイッチを閉じて時間が経ったあとのコンデンサーの電気量は、０だと解答に書いてありました。スイッチを入れてから０になるまでの様子を確認したいのですが、

１．スイッチを入れる
２．電流が流れ始める
３．コンデンサーに電荷がたまり始める、コイルに逆起電力が働く
４．コンデンサーに電荷がたまり続ける、コイルの逆起電力がだんだん弱くなる
５．コイルの逆起電力がなくなり、コイルに電流がすいすい通る
６．コイルはただの導線と同じになるからコンデンサーにたまっていた電荷も流れ出す
７．そのうちコンデンサーにたまっていた電荷が全部流れて電荷が０になる

間違いや補足があったら、お願いします。ちなみに、６では電池とコンデンサーの両方から電荷が流れますが、電池からのみ流れていた時と比べて電流は大きくなりますか？私は変わらないと思いますが、合っていますか？

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回答 (3件)

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No.3ベストアンサー

回答者： xpopo
回答日時：2017/10/22 16:27

回答NO.1です。

お礼ありがとうございました。その中の以下のコメントについてお答えします。

＞I(L1)が完全に10Aになってから下がり出すのかと思っていました。10Aの1/4くらいからコンデンサーから電荷が流出し始めていますね。これはなぜでしょうか。

回答＞
　約0.27msの時点まではコンデンサへの充電が支配的なのでスイッチが入った瞬間に最大の電流がコンデンサから抵抗へと流れ、充電電流は徐々に下がってゆきコンデンサへの充電が終了した時点でバッテリーの電流は最小になります。この時点ではまだインダクタンスに流れる電流は小さい。インダクタに流れる電流は徐々に増加して行くがそれにつれて端子A-B間の電圧も減少してゆくので容量Cにたまった電荷はインダクタに向かって放電し始めるので電流の方向はそれまでと逆の方向即ち、B→Aとなります。
　ここで、端子A-B間の電圧を　V(A,B)　インダクタに流れる電流を　I(L1)　とすると　V(A,B)は

　　V（A,B) = − L dI(L1)／dt

で決定されますので、単位時間当たりのインダクタ電流は少しずつ小さくなってます（インダクタ電流の増加率が少しずつ減少している）のでV(A,B)も上記の式に従って減少してゆきます。そのV(A,B)の減少がコンデンサの放電を引き起こしています。

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この回答へのお礼

お礼が遅くなって、すみません。詳しいご回答ありがとうございます。
よくわかりました。

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お礼日時：2017/10/24 18:14

No.2

回答者： yhr2
回答日時：2017/10/22 00:16

コイルというものは、おっしゃるとおり、電圧が変動しているときにはインダクタンスに相当した抵抗を持ちますが、直流に対しては単なる導線ですから「抵抗ゼロ」です。

直流電圧の電池をつなぐということは、スイッチを入れた瞬間には「電圧変動」がありますが、ある程度の時間がたてば「電圧は一定」という状態になります。つまり、そのときには「コイルの抵抗はゼロ」になっています。

従って、

＞１．スイッチを入れる

1+：電圧が急上昇する
　　→このときコイルは抵抗が大きく、コンデンサーは抵抗ほぼゼロです。

＞２．電流が流れ始める

　　→上の「1+」に書いたように、その電流のほとんどはコンデンサーを流れます

＞３．コンデンサーに電荷がたまり始める、コイルに逆起電力が働く
＞４．コンデンサーに電荷がたまり続ける、コイルの逆起電力がだんだん弱くなる

　　→コンデンサーの電荷がたまると、コンデンサーの電流は小さくなります。

＞５．コイルの逆起電力がなくなり、コイルに電流がすいすい通る
＞６．コイルはただの導線と同じになるからコンデンサーにたまっていた電荷も流れ出す
＞７．そのうちコンデンサーにたまっていた電荷が全部流れて電荷が０になる

ということです。

＞ちなみに、６では電池とコンデンサーの両方から電荷が流れますが、電池からのみ流れていた時と比べて電流は大きくなりますか？私は変わらないと思いますが、合っていますか？

おっしゃる通り、電流は変わりません。
電池を何個並列につないでも、電流は回路の「電圧」と「抵抗」で決まるので、電流は増えないのと同じです。

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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。すっきりしました。

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お礼日時：2017/10/22 12:28

No.1

回答者： xpopo
回答日時：2017/10/21 20:30

この現象をシミュレーションした回路と結果を添付しましたので参考にしてください。

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この回答へのお礼

すごいですね。ありがとうございます。
だいたい予想通りだったみたいなので、よかったです。
が、Ｖ(A,B)のピークから下がり出すのが予想よりだいぶん早いです。I(L1)が完全に10Aになってから下がり出すのかと思っていました。10Aの1/4くらいからコンデンサーから電荷が流出し始めていますね。これはなぜでしょうか。

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お礼日時：2017/10/21 23:24

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　　　　　　　　　　　ｂ　
　　　　　　　　　／　｜　＼　
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　　　　　　　　　＼　｜　／　
　　　　　　　　　　　ｄ　

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　　　C1　　　　 C2
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＝必要科目はこちら＝
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No４のlovehopeです。
お返事がおそくなってしまってすみません。
理系か文系か分からなかったので両方挙げます。

国公立前期

●筑波大学(人文、文化学群)…二次６７％　国、英は必須。地歴公民から１科目

●岩手県立大学(情報ソフトウェア、社会福祉)…センターなし、二次100％
科目は総合問題と面接　偏差値５５前後

●東京工業大学(第１～７類)…二次７２％　４、５類は偏差値７０。１、６類は偏差値６９。７類は６８、３類は６７、２類が偏差値６６です。科目は英、数、理

●一橋大学(社会学部)…二次８２％　国数英必須、地歴公民から１。偏差値は７４

●名古屋大学(教育、経済、工、理学部)…二次６２～６７％　偏差値６６

●大阪大学(経済学部)…B配点では二次９０％　偏差値７５

●広島大学(工学部の電気、電子、システム情報系)…二次６３％　偏差値５６

●九州大学(文、法、理学部)…二次６１～６７％　偏差値７０前後

以上が二次で挽回可能な６０％以上の配点を持つ大学です。
しかし前期で二次の配点が高い大学は偏差値がかなり高いです。
浪人の意思もあるようなので、挑戦してみてもいいのではないでしょうか。
あなたの普段の学力が分からないので何とも言えませんが、岩手県立大学と広島大学はある程度の基礎学力があれば二次で十分挽回ができそうです。

中期

●兵庫県立大学(理学部)…二次６０％、センターは国、数、理、英のみ

●奈良県立大学(地域創造)…センターは国、英必須、他１教科の計３教科。二次は小論文で６０％

中期試験は実施校が少ないので受験生が殺到します。ですので実際の難易度よりもかなり上がると思われます。
上記の二校はセンターの科目が絞られているので、あなたの自信のあった教科で受けることができるかと思います。

後期

●千葉大学(法経学部法学科)…二次６４％　二次試験は外国語のみ　偏差値６４

●富山大学(理学部数学科)…二次６７％　数学のみ。センターは国、数、英の３教科　偏差値５２

●金沢大学(人間社会学域地域創造学類、理工学域機械工学類)…二次６７％　人間社会学域はセンター６教科のうち得点の高い２教科のみ、二次は小論文　理学部工学域はセンター理科のみ、二次は数、理

●岐阜大学(工学部)…二次６５％　二次は数、理のみ　偏差値５３

●名古屋大学(工学部)…二次６７％　偏差値６６

●滋賀大学(経済学部A方式)…二次６７％　センターは国、英必須。地歴公民数学のうち１の計３教科。　二次は外国語必須と国数のうち一教科の計２教科。
ただし合格はセンター重視のB判定受験者を含めた総合順位により決まる。

●和歌山大学(経済)…二次６７％　センターは英語必須、国地歴公民から１、数理から１の計３教科。
二次は小論文のみ。

●大阪府立大学(理学部情報数理学科)…二次７５％　センター外国語のみ、二次数学のみ

以上が後期で挽回可能な大学です。後期は今まで落ちた受験生が受験するので、上位校受験生が中堅校に流れ込みます。ですので偏差値７０以上の最難関大学ははずしました。
後期試験はセンターの科目が少なくなる大学が多いですね。
また、九州や東北の大学は中部、東海、近畿の大学に比べて二次の配点があまり高くないようです。
長々と列挙しましたが、自分でも大学のHPなどで見てみて下さいね。

最後に。
大学は入ってしまえば名前、偏差値などは関係ありません。
ようは自分がどのくらい真剣に勉強するか、どのくらい精一杯楽しむか、です。
最難関国立に入っても落ちぶれてしまう人は山のようにいます。
地方の公立校に行っても有名企業に就職する人だっています。
センター失敗したからといって人生が終わるわけではありません。
自分にあった大学を見つけ、ぜひとも大学生活を楽しんでくださいね！

長文すみませんでした。
受験頑張って！！