高校物理、変圧器の原理についてです。 理想的な変圧器では、一次コイルと二次コイルの電力が保存すること

高校物理、変圧器の原理についてです。

理想的な変圧器では、一次コイルと二次コイルの電力が保存することから電流の比が巻き数の逆比になりますが、これが感覚的に納得いきません。

これを認めると2次コイル側にどんな抵抗を繋いでも2次コイル側の閉回路には同じ電流が流れるということになってしまわないでしょうか？

どなたか間違えを指摘していただけるとうれしいです。

質問者からの補足コメント

• 皆さん回答ありがとうございます。
  さらに疑問がわいたので重ねて質問させて下さい。
  
  2次コイル側を解放して電流を0にしたとき、1次コイル側の電流もほとんど0になると思うのですが、これは一次コイル側のコイルに生じる電位差が電源の起電力と同じぐらいの大きさになるからでしょうか？

    補足日時：2019/01/14 17:13

No.1 回答者： rnakamra 回答日時： 2019/01/11 06:35

通常の変圧器の使用状況において、1次側の電圧は一定です。

変圧器はこの電圧を定数倍します。つまり2次側の電圧は一定です。

抵抗を変えると電圧は一定ですので2次側の電流は抵抗に反比例します。
2次側の電流が変化すれば1次側の電流がそれに比例して変わる、ただそれだけです。
1次側の電圧は一定ですが、電流は一定ではないのです。

No.2 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/01/11 07:04

ー次側に交流の電圧源を繋いだ時

2次側の抵抗を10倍するとー次、2次の電流は共に1/10になります。

それだけですよ。

トランスが定電流源のように振るまうと何故考えてしまうのか
とても不思議ですね。

No.3 回答者： isoworld 回答日時： 2019/01/11 09:31

２次コイル側に負荷をつないで閉回路を構成すると、その負荷の程度に応じた電流が流れます。

これを考えるときは「一次コイルと二次コイルの電力が保存することから電流の比が巻き数の逆比になります」ことは忘れてください。考慮する必要がありません。「一次コイルと二次コイルの電力が保存することから電流の比が巻き数の逆比になります」に絡めて考えようとすると、かえって混乱します。

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/01/11 10:56

ANO2補足。

具体例です。

1次側入力をAC100 Ⅴ、巻き線比10:1、
2次側抵抗を10 Ω とすると、
2次電圧10Vで2次電流1A、1次電流は0.1 A
電力は1次、2次とも10 W

抵抗を100 Ωに交換すると
2次電圧は変わらず10Vだから
2次電流は0.1 A、1次電流は0.01 A
電力は1次2次とも1 W。

No.5 回答者： fxq11011 回答日時： 2019/01/11 11:38

＞一次コイルと二次コイルの電力

電力＝電流×電圧
昔習いました、抵抗は電圧を生じる・・・と。
＞電流の比が巻き数の逆比になりますが
電圧が同じなら。・・・・の条件のもとでは・・・です。
大きな抵抗を接続すれば、抵抗は電圧を生じ、電圧が上がります、当然抵抗で電流は減少します。
しかし、電流×電圧＝電力・・・の電力は変わりません。
電力＝電流×電圧、電圧＝電流×抵抗、この関係は常に同時並行で考える必要があります。
電力、電圧、電流、抵抗のどれか一つの数値が変われば、他の三つの数値が瞬時に変わります、それも二つの関係式に基づいて。
アナログ思考といわれる右脳が優秀で読み取り精度が高くても感覚的に理解可能な人はごくまれでしょう。
電力＝電流、と考えたのが間違い？。

No.6 回答者： doc_somday 回答日時： 2019/01/11 13:06

どんな抵抗を繋いでも2次コイル側の閉回路には同じ電流が流れる＞それは「理想的な変圧器」の定義の外です。

No.7 回答者： pooh2016 回答日時： 2019/01/11 13:22

何か勘違いされてますね。

「一次コイルに流れる電流の巻数の逆比の電流が二次コイルに流れる」と思ってませんか？

答えは逆です。
「二次コイルに流れる電流の巻数の逆比の電流が一次コイルに流れる」と考えてください。

仮に、二次コイルに何もつながっていなければ、当然二次コイルには電流は流れません。
したがって、一次コイルにも電流は流れません。

つまり二次コイルには、つながる抵抗（負荷）に応じた電流が流れ、一次コイルにはその逆数比の電流が流れます。

簡単な例をお出しします。
変圧器の巻き数比10：1、一次電圧100V、二次側の抵抗1Ω　の回路を考えます。
（解答）
二次次電圧は巻き数に比例しますので、10V
二次側は10Vの電源と1Ωの抵抗ですので、10Aの電流が流れます。
一次電流は1/10の1Aの電流が流れることになります。
ちなみに電力は一時側から見ると100V×1A＝100W、二次側から見ると10V×10A＝100Wと同じになります。

No.8 ベストアンサー 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/01/15 16:32

>2次コイル側を解放して電流を0にしたとき、1次コイル側の電流も

>ほとんど0になると思うのですが、
>これは一次コイル側のコイルに生じる電位差が電源の起電力と
>同じぐらいの大きさになるからでしょうか

一次コイルの電圧は一次コイルに加えた電圧と常に
同じですよね(^^;

実際に起こることは、ほんのちょっとー次電流を流すだけで大きな―次電圧に
なってしまうので(ー次側からみたインピーダンスが大きいので)
ちょっとしか電流が流れない。

違う見方をすると、2次を開放すると、2次は何の仕事もしないので
ー次は大きなインダクタンスのコイルに過ぎないということ。

2次に電流が流れるとコアの磁束が減って、同じ一次電流でもコイルの
電圧が下がるから、同じ電圧なら大きな電流が流せる。

この辺りの物理的な仕掛けをアンペールの法則を使ってちゃんと追うと、
理解がぐっと深まりますよ。高校の範囲外かもだけど。

この回答へのお礼

丁寧に答えていただきありがとうございました！
理解が進みました！

お礼日時：2019/01/16 13:58