コイルと交流電源を接続した際の両者の起電力

Question

お世話になっております。

http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/b2/64/6441koirukouryuu.html

上記の「電流を表す式を求める」の説明に関してなのですが、説明は理解できるのですが、V=VLとなった場合、電源とコイルの起電力が逆向きで同じ大きさとなるわけですから、電流が流れるわけないと思ってしまいました。
しかも電源の起電力が周期的に変化しても、すぐにそれにコイルがおいついて関係は維持されてしまいますよね。
実際には電流は流れるということはわかっているのですが、うまい解釈ができずに困っています。
電流か流れる理由をできるだけわかりやすく教えてくださるとありがたいです。

tknakamuri · Accepted Answer

>VLはそもそも自己誘導に伴う誘導起電力であると
>思っているのですが、間違っているのでしょうか。

自己誘導というは磁場の変化で発生する電圧です。
磁場は電流で作られます。
なので、電流がないと(正確には電流の変化がないと)自己誘導は
起こりません。

電流と自己誘導はセットになっていて、切離すことは出来ません。

話を戻しますが、

オームの法則は E/R=I ですが
変形すると

E=IR

E-IR=0

最後の式が起電力と電圧降下(逆起電力)の
釣り合いの式ですが、ここで I=0 を主張されている
わけですよね。コイルでは

E-L(dI/dt)=0 になりますが、同じこと。
 I=0 では釣り合いません。

mandegansu · Answer

no.2です。
＞＞キルヒホッフの第２法則を考えるとその結論にいたるのはわかるのですが、VLが負荷電圧ではなく誘導起電力な点にひっかかってしまっています。

負荷が抵抗なら負荷電圧、コイルやコンデンサなら電力を消費しないので誘導起電力（逆起電力）言うだけのことです。

tknakamuri · Answer

もうひとつ例を示します。

電池(電圧E)に抵抗がR1とR2を直列につなぎます。
当然電流IはE1/(R1十R2)です。

R1を小さくしてゆくと、電流Iは増えますが
R1にかかる電圧はへってゆきます。
R1が0Ωになると、当然電流は E/R2になります。
R1にかかる電圧は0Vになり、R2には電圧Eが全て
かかります。これは質問の補足の図の状況です。

あなたの理屈では、R1にかかる電圧は0Vなので
R1にもR2にも電流は流れない筈です。

つまりR1を短絡すると電流が止まることになります。

もちろんそんなことは起こりません。

どういう条件なら電位差が0Vでも電流が流れるのが
許されるのかをよく考えてみた方がよいと思います。

hokaketegoo · Answer

なかなか面白い点に疑問を持たれていると思いました。また多くの解答も寄せられています。No.1さんの解答が標準的な解釈なのでしょう。しかしあなたはある程度良く学習しているにも拘らず、最後の詰めとして解説に納得出来ないでいるのでしょう。その疑問はとても大切なものです。
少し考えを述べて見ます。電気工学の技術理論は基本的に正しいのです。しかし自然現象として、その電気解釈論の物理的意味を深く追究すると、おかしいなと疑問に思うことが多い筈なんです。しかし、疑問も一瞬で教えられたことを記憶して理解した感覚に成ってしまうのでしょう。その積み上げで、専門的と言う解釈に慣れて行くのが常識論として頭脳の思考傾向なのでしょう。以上はあなたが抱く疑問の大切なことへの考えとして述べました。
さて、電気回路論としてのV=Vlについてですが、こんな事を言ってよいかどうか分からないのですが、本当は電圧とか電流と言うものも、電気技術的に構築した解釈理論であって、電線の中に電流が流れると言うのも物理的には矛盾した概念なのです。そんな事を言うとあなたの質問に答えられなくなりますので、一応電流が流れているとして説明します。電源も最近は太陽発電などで直流発電が多くなりました。その直流をインバーターで交流に変換した電源電圧もあり、実用的には系統と接続するため正弦波状に成形はしますが、交流は正弦波だけではないのです。専門用語には位相差とか力率とか実効値とか特殊なものが多くて分かり難いかもしれませんが、御回答される方々も方形波交流電圧の場合も考慮なされて解説して頂くとありがたいとは思います。そうすると、V=VLの意味も大切な現象に成ると思います。
最後にします。電源から負荷コイルに供給されるのは電圧と言う計量値で計測される電線路間の空間のエネルギー分布なのです。そこにコイルが繋がれた時、コイルには印加される電圧の時間積分 ∫Vdt = Φの磁束(これも技術概念でしかありませんが)Wbがコイルに生じると解釈します。その時コイルには時間を掛けてエネルギーが溜まって行く訳です。そのエネルギーのたまるコイルの容量(インダクタンスの大きさ)に余裕がある内はエネルギーがコイルの逆起電力の反抗力に対して電源からの線路への供給エネルギー分布が勝る為、コイルと釣り合いを保ちながら電圧のバランスが成立ち続ける訳です。それをV=VLと表現している訳です。しかし電源とコイルとの間が、V=VLの厳密な状態なら電流が流れる訳はありません(その点に対する疑問でしょう)。だから電源とコイルの間には必ずエネルギーの流れを続けるだけの落差が無ければならないのです。線路空間のエネルギー分布が電源側とコイル受電端との間に分布差があるのです。厳密にV=VLならあなたが思う通りコイルは電圧を維持できない筈(エネルギーの流入を支えきれなくなれば、コイルの機能は失われますから)で、短絡事故となりましょう。長くなり御免なさい。

uen_sap · Answer

電気を学ぶ人？
交流の場合、電圧、電流は二次元です。コイルの場合電流と電圧は90度位相がずれますので、無理なく回路は成立します。

fxq11011 · Answer

NO8訂正
交流の平均電圧、ではなく実効電圧です。
交流について、物理学的？に計算するときは、微分・積分の計算が必要になります。
通常の商用電源に機器接続等の場合はその流れる電気を直流に擬似的に置き換えたとしたら、？V、？Aに相当する、が実効値です。
したがってこの場合は頭は直流の思考のままです。
この考え方そのままではとても交流は理解できないのいでは、実効値は瞬時値ではなく一定時間計測後に産出可能です。

tknakamuri · Answer

う~ん、この際、コイルだ、交流だという話は忘れてしまって
よいのですよ。

任意の閉路で常に電源と電圧降下は釣り合っています。
#キルヒホッフの法則
あなたの理屈では任意の回路で電流というものは決して
流れないことになります。つまりこの世に電流は
存在しないことになります。ムチャクチャです。

実際には電流がながれることで釣り合うのです。

fxq11011 · Answer

NO７さんの言うように、電圧と電流が常に比例するという考えが間違い。
電流の位相が遅れると、電圧は入れ変わっても電流はそのまま流れ続ける、電圧とは逆方向に電流が流れる時間があります、無効電流というらしい。
それと、交流の場合いわゆるΔｔでの観測なら、通常の家庭電源でも電圧、電流は０になる瞬間があるのでは。
＞図のような回路の場合、電流は流れませんよね
図は直流電源ですね！、流れません、交流の場合は位相いかんで無効電流も含めて流れる可能性は否定できないと思います。
また交流の場合の電圧は瞬間値でなく、最大値、または平均値が使われるのでは、直流は瞬間値も最大値も平均値も負荷に変動なければ同じですね。

銀鱗 · Answer

＞しかも電源の起電力が周期的に変化しても、すぐにそれにコイルがおいついて関係は維持されてしまいますよね。
これが誤り。
その考えを捨てなければ理解できないと思う。
No.1で示されているように、遅れや進みが生じるのが交流回路の特性。

go · Answer

難しい話の前に、こんな話はどうでしょう。
壁を手で押すと押し返される（という言い方をよくします）。この場合両者の力は同じです。押さないのに押し返されたりしないです。
浮かんだ鉄球でも同じです。Ｆの力で押すとＦの力で押し返されます。
この場合は鉄球は移動しますが…。

違うと言えば違う話ですが、同じ電圧だから流れないという事ではないと思います。

コイルと交流電源を接続した際の両者の起電力

>VLはそもそも自己誘導に伴う誘導起電力であると

no.2です。

もうひとつ例を示します。

なかなか面白い点に疑問を持たれていると思いました。

電気を学ぶ人？

NO8訂正

う~ん、この際、コイルだ、交流だという話は忘れてしまって

NO７さんの言うように、電圧と電流が常に比例するという考えが間違い。

＞しかも電源の起電力が周期的に変化しても、すぐにそれにコイルがおいついて関係は維持されてしまいますよね。

難しい話の前に、こんな話はどうでしょう。

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