コイルに交流電流が流れるときに発生する誘導電圧について。

高校物理?の電気と磁気、交流について勉強をはじめました。
コイルに交流電流を流し、そのときにコイルにかかる電圧の定式化の部分で、位相について、いまいち納得いかない部分があります。

コイルにかかる電圧は、電流に対して、位相がπ/2だけ進んでいるって書いてあるんですが、そもそも、コイルに電流が流れることにより、誘導起電力が発生するわけで、なぜ、電圧の位相が進んでいるのか分かりません。

これは、電圧が、電流に対して3π/2遅れていると言い換えてはいけないものなのでしょうか？？

よろしくお願いいたします！

No.3 ベストアンサー 回答者： ymmasayan 回答日時： 2005/03/08 18:25

これは微分や積分を使えばすぐ導き出せるのですが、

それでは納得した事にはならないので、水の例を使って説明します。

>　コイルに交流電流を流し、そのときにコイルにかかる電圧の定式化の部分で・・・
まず、ここから考え直しましょう。
「コイルに電圧をかけたらコイルに電流が流れます」と言い替えましょう。

>　コイルにかかる電圧は、電流に対して、位相がπ/2だけ進んでいるって・・・
これも「コイルに流れる電流は電圧に対して、位相がπ／2だけ遅れる」
と言い替えましょう。

さて、ここで水の例です。コイルは大きなはずみ車を付けた水車に例える事が出来ます。
円周状にパイプを設置して途中にポンプと水車を入れます。

ポンプで水圧を上げていくと、水車はゆっくりと回りだし、
段々スピードが上がっていきます。
水圧の上がり方よりも水車の回転数の上がり方の方がはるかに遅れます。

交流ですから、次にポンプが回転を落として逆回転に入ります。
ところが水車ははずみ車で惰力がついていますからなかなか止まったり、逆回転したりできません。
ここでも大きな遅れが出ます。

これの繰り返しで水車は常に水圧よりも遅れます。
ここでどれだけ遅れているか考えて見ましょう。
水車はプラスの水圧がかかっていれば加速します。
このことから水圧がプラスからマイナスに反転したときが
水車の最高速度の状態になる事がわかります。

つまり、水車(電流)はポンプ(電圧)よりも位相が９０°(π／2)遅れていることになります。
逆にいえば、電圧は電流よりもπ／2進んでいると言う事になります。

こんな説明でお判りいただけますか？

この回答へのお礼

水車に加圧していって、だんだん動く様子、このとらえかたすごく分かりやすかったです。ありがとうございました！

お礼日時：2005/03/10 08:54

No.4 回答者： kansai_daisuki 回答日時： 2005/03/10 00:46

　コイルは、まず起電力(+V)がかかります。

これによって、電流(+I)が流れ、磁界(+H)が発生します。
この磁界の向きは、右ネジの法則から分かります。

更には、これによって、電磁力(+F)が発生します。
これは、フレミングの左手の法則です。

　次に、磁界が発生すると、それを打ち消す向きに磁界(-H)が発生します。
これは、レンツの法則です。
また、電磁誘導とも言われます。

　こうなると、誘導起電力という起電力(-V)が働きます。
すると、逆向きに電流(-I)が流れます。


このような解説でよろしいでしょうか？

　また、質問文を読むと、「電流(I)が流れるから電力(V)が発生する」と思っていらっしゃるようですが、正しくは、「電力(V)が発生するから電流(I)が流れる」というのが正しいと思います。

　何故ならば、水平(電力がかかっていない)の筒(銅線)に砂(電荷)を入れても、筒の中で砂は流れませんよね。まず初めに筒を傾ける(電圧をかける)からこそ、砂(電荷)は流れるんです。

コンデンサと抵抗については下記の通りです。

　コンデンサは、初めに電力はかかっていません。けれど、砂(電荷)が流れていると、ここでコンデンサの絶縁体(壁と考えると良いかも)でせき止められます。ここで、せき止められた砂(電荷)の分だけが、筒の傾き(電力)となります。

　抵抗については、傾き(電力)の分だけ砂(電流)が流れます。

この回答へのお礼

導線中の自由電子を、円筒管と砂で例えてあるのは、非常におもしろかったです。ありがとうございました！

お礼日時：2005/03/10 08:56

No.2 回答者： guuman 回答日時： 2005/03/08 16:52

少し修正

コイル間の電圧が変化した場合コイルにはすぐには電流が変化しません
その変化に対して遅れて電流が変化するのです
そのことから電流は電圧に対して遅れるというのです
これを逆に言い換えると電圧は電流に対して進んでいると言えるのです
電圧変化に対して遅れて電流が変化するのです
原因が無ければ結果が生じないということですから「進む」と言う表現は高校生には抽象的で分かりにくいかもしれません

No.1 回答者： guuman 回答日時： 2005/03/08 13:21

コイル間の電圧が変化した場合コイルにはすぐには電流が流れません

その変化に対して遅れて電流が流れるのです
そのことから電流は電圧に対して遅れるというのです
これを逆に言い換えると電圧は電流に対して進んでいると言えるのです
電圧変化に対して遅れて電流が変化するのです
原因が無ければ結果が生じないということですから「進む」と言う表現は高校生には抽象的で分かりにくいかもしれません

この回答へのお礼

コイルを考えるときは、加わった電圧に対して、遅れて電流が流れるというとらえかたを学びました。ありがとうございました！

お礼日時：2005/03/10 08:58