高校物理

高校物理
5分でわかる!導体棒の起電力

5
Movie size

5分でわかる!導体棒の起電力

5

子どもの勉強から大人の学び直しまで
ハイクオリティーな授業が見放題

カンタン登録1分

この動画の要点まとめ

ポイント

導体棒の起電力

高校物理 電磁気45 ポイント1 全部

これでわかる!
ポイントの解説授業
lecturer_avatar

コイルを貫く磁束が変化するとき、 電磁誘導 によりコイルには 誘導起電力 が生じます。この性質を利用して、 導体棒を動かすことで誘導起電力Vを発生 させることができます。

導体棒が作る回路=1巻きのコイルとみなす

lecturer_avatar

導体棒を動かすことで誘導起電力Vを発生 させるには、図のような回路を使います。

高校物理 電磁気45 ポイント1 図 起電力V、v×1、1(s)後の導体棒、v(m/s)の矢印カット

lecturer_avatar

逆コの字型の導線レールに、長さℓ[m]の導体棒を橋渡ししています。磁束密度B[Wb/m2]の磁場が鉛直上向きにかかっている中で、導体棒を右向きに速さv[m/s]で移動させます。

lecturer_avatar

このとき、 導体棒が作る回路1巻きのコイル とみなすことがポイントです。すると、この コイルを貫く磁束はΦ=BS と考えることができますね。

導体棒が移動→面積が増加→磁束が増加

lecturer_avatar

1巻のコイルを貫く磁束は Φ=BS です。磁束密度Bは一定ですが、導体棒が右向きに移動することで 面積Sはどんどん増加 しますよね。したがって、コイルを貫く 磁束Φもどんどん増えていきます。

高校物理 電磁気45 ポイント1 図 起電力Vとその矢印カット

lecturer_avatar

このとき誘導起電力は磁束の変化を妨げる方向に生じます。磁束は上向きに増加するので、誘導起電力による磁束は下向きとなります。右ねじの法則を用いると、 誘導起電力Vの方向 は図のように 時計回り となります。

高校物理 電磁気45 ポイント1 図

誘導起電力Vの大きさは?

lecturer_avatar

導体棒を動かすことで誘導起電力Vが発生 する仕組みがわかりましたね。次に、誘導起電力の大きさVの値を求めてみましょう。

高校物理 電磁気45 ポイント1 図

lecturer_avatar

ファラデーの法則より、
V=ΔΦ/Δt
です。磁束の変化を時間で割り算すればよく、Vは 1秒間の磁束の変化 に等しい値ですね。したがって、 1秒間の磁束の変化がわかれば、起電力の大きさがわかります 。1秒経過したとき、導体棒は図のように、v×1だけ右に移動しています。

高校物理 電磁気45 ポイント1 図

lecturer_avatar

1秒経過したとき、 図の塗られた面積を貫く磁束が増加 しているわけです。1[m2]あたりの磁束の本数は磁束密度Bなので、増加した面積をΔSとすると、
V=ΔΦ=BΔS
です。さらに、ΔSは棒の移動距離vに導体棒の長さℓをかけ算した値になるので、
V=vBℓ
と表すことができます。

速度は磁束に垂直な成分を取り出す

lecturer_avatar

導体棒の誘導起電力 V=vBℓ が成立するのは、速度と磁束が垂直のときです。もし速度が磁束に対して斜めの場合は、速度を分解し、Bに垂直な成分vを取り出しましょう。

高校物理 電磁気45 ポイント1 クマさんのまとめ 空欄埋める

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

導体棒の起電力
5
友達にシェアしよう!
Logo black
Register description
  • すべての授業の「要点まとめノート」「問題・解答」をPDF無料ダウンロードできる
  • 学校で使っている教科書にあわせて勉強できる
  • わからないところを質問できる

      会員登録をクリックまたはタップすると、利用規約・プライバシーポリシーに同意したものとみなします。