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物理についてです。

電流が電波から受ける力

f=HILって覚えるものですか?

証明とかありますか?


あと、導体棒の誘導機電力についてなんですけど、電流と同じ向きに起電力が働いていると考えていいですか?
レンツの法則って関係ありますか?
結構知識がごちゃごちゃしてるのでわかりやすく説明していただけるとありがたいです。

教えて!goo グレード

A 回答 (6件)

どうしたんだ・・・・?

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これまでもやらかし達はいろんな手管を駆使しているが、だれも


いなくなった時点で登場する・・・・とか
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回答の前半は間違っているけど、この質問者は何がしたいん


ただろう?

よく回答する気になるものがいるのも不思議だが。
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覚えておくべき正しい式は


基本公式:F=IBLsinθ…①(θは磁束密度B(磁界H)と直線電流がなす角度)
特に電流とBのなす角度が90度のときは sin90=1なんで、F=IBL
この公式は 高校生なら
「この宇宙に存在する自然法則が磁界と電流に関しては①で表せるようになっている」
とおもって受け入れておくのが良いと思う

で、ここからは大学範囲になると思うけど
昔の科学者 アンペールが平行な2本の直線電流の間には力が働くことにきがつき
法則としてまとめた結果が F=2k(I1)(I2)L/r
(kは単位によって異なる比例定数、rは2線間の距離)

この法則から ごにょごにょと 変形して得られるのが
(↑F)=I(↑L)x(↑B) (「x」は外積の意味。↑はベクトルの意味)
外積を用いずに物理量Fの大きさだけで表すと
F=IBLsinθ
ということです

詳しく習いたいなら、大学へ入って「電磁気学」という学問を勉強すrことになります

そして 関連して覚えておくべき基本公式は
B=μH
・・・μ(ギリシャ文字:ミュー)は透磁率で比例定数
特に真空中での透磁率は
μo=4πx10⁻⁷[N/A²] ・・・(試験では問題文中にこの値が示されていることが多いとは思う)

これらを覚えておけば ①式をHで表したいとき
Bに代入すだけなんで
F=μIHLsinθ…② は覚えなくても導出できる
もっとも、 どちらかというとHは便宜的なもので現代科学ではBのほうが本質的な磁場の表現だとされているので②は公式のように覚える必要はないと思う

でさらに関連して覚えるべきは
直線でんりゅの周りにできる磁場Hは
公式:H=I/(2πr) ・・・③
これもこういう式になるように自然法則ができていると思っておくと良さそう 
ただしrについては 直線電流を垂直に切断する断面において
直線電流から距離rの位置にできる磁界がHという意味
向きは 右ねじの法則に従う
(この断面において Hは電流(導線断面)を中心として同心円状となっている・・・テキスト参照

このことから、2本の平行な直線電流の間に働く力も導出できる
I1とI2が平行だとしてその距離がrなら
I2がI1の位置に作る磁場は
H=I₂/(2πr)
ゆえに ②から
I1のうち長さLの部分がI2から受ける力は F=μI₁{I₂/(2πr)}Lsin90=μI₁I₂L/(2πr)
 
作用反作用の法則から I2も同様な力をI1から受ける(作用反作用なんで
向きは互いに逆向き)

このように数種の基本公式や重要公式を関連付けておくと記憶のネットワークが強化されて良さそう
(なお、BとHの関係について詳しく知りたいなら大学で「電磁気学」を学ぶこと)


次に 誘導起電力について
まずは 電磁誘導は棚上げして
電池1個(1.5V)と抵抗をつないだ単純なループ回路を考えてみる
流れる電流の向きは当然ながら起電力の向きと一致
(抵抗をなくせばショート回路だが やはり電流の向きは起電力と一致)

今度は この単純回路に3V電池を挿入してみる
1.5V電池と3V電池の向きを一致させれば 電流は3V電池にブーストされるだけなんで向きは変わらないことは明らか
反対に 1.5Vと3Vの向きを逆にすれば賞味-1.5Vが残るので
これは元の1.5V電池1個だけのときの回路で
この電池を一旦取り外して向きを入れ替えて回路にセットしなおしたものと同じような電流の向きとなりますよね
(これを重ね合わせの原理で考えても結果は同じこと・・・高校では重ね合わせの理は未修かもしれないけど)
ただし、市販のアルカリ電池などは逆向き電流が流れると破裂などの恐れがあるので 浅い知識で実際の電池を使ってこの実験を行ってはいけない!!

では、1.5V電池の代わりに 安定的に1.5Vが電磁誘導されるケースについて考えて見てください
電池から電磁誘導に変わっても前の話と考え方は同じで
回路に3V電池のような逆向き起電力がなければ 
回路に流れる電流と誘導起電力の向きは一致
3V電源のような逆向きのものも挿入されていればその影響力が勝り
回路を流れる電流と電磁誘導による誘導起電力の向きは逆
となります。(「誘導電流」という言葉と、「単に電流」という言葉は意味が異なることに留意! 後者は回路に現れる正味の電流!)

なお、レンツの法則と絡めるなら
あくまでも 外部電源が一切挿入されていない回路で
レンツの法則が成り立っていると 
先ずは考えておくと分かり良いと思う
当然ながら 外部起電力がなければ 
誘導起電力と 誘導電流の向きは一致ですよね

で、もし 3V電池のような逆向きの外部電源が挿入されている場合でも
実はレンツが成り立っているはいるが、 外部電源のある時の事情は以下のようになる
誘導起電力(仮に1.5V)に見合った(比例した)誘導電流が同じ向きに生じている
でも、3V電源に比例した電流も生じていてこれらは互いに正反対の向き
言うまでもなく3V電源による電流の方が強いので
これらを合成すると3Vによる逆電流が勝ってしまい
誘導電流は逆電流に打ち消されてしまう
結果、回路に現れる正味の電流は誘導起電力とは真逆となる(重ね合わせの原理)
と考えることができます

で、導体棒の誘導起電力ならレンツのほかに「フレミング右手の法則」なんていうべんりなものもあるから、そちらを覚えておくと良いと思う・・・テキスト参照
ただし 右手のかわりに
「左手の法則」を誤って使用してしまうと悲劇が起こることになる(↘)

ちなみに 私は元塾講師ですが、レンツでは理解できなかった生徒さんも
右手の法則を使えば簡単に正解を出せる という事は幾たびも経験しました
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もう寝るからまた明日解説してあげる

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HIL...??


きっとIBL(電磁力)のことかな?
教科書がおすすめですよ。証明から全て書かれてあります。ここで聞くより教科書がいいと思います!!
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