今回は抵抗RとコイルLからなる回路、 RL回路 の解法について学びましょう。

下の図は、起電力Vの電池に、抵抗値R、自己インダクタンスLのコイルをつないだ最もシンプルなRL回路です。

スイッチを入れると、電池の起電力により、抵抗RとコイルLに電流が流れます。この回路で 電流が増加 する間は、コイルLには 自己誘導 により、左向きの起電力が発生しますね。しかし、電流はずっと増加するわけではありません。時間が経過すると、やがて 電流の値が一定 となり、コイルを貫く磁束は変化しないので、 自己誘導は発生しない ことになります。このように、 RL回路は、コイルに流れる電流Iの時間変化に注目 することが鉄則となります。

コイルに流れる電流Iの時間変化に注目してみていきましょう。まず、スイッチをつないだ瞬間、電池がプラスの電荷を運ぼうとします。しかし、コイルには電流と逆向きに起電力が生じるため、スイッチを入れた瞬間では、電流の移動が妨げられ、コイルには電流が流れません。

コイルに流れる電流Iは0からスタートし、徐々に増えていくのです。

スイッチを入れて時間が経過すると、コイルに流れる電流は徐々に増え、 コイルには自己誘導による起電力が発生 します。この起電力の向きは、電流の増加を妨げる向きになりますよね。さらに時間が経過すると、 電流Iの値は一定 になります。

電流Iが一定 のとき、 コイルでの電圧降下が0になる ということも言えますよね。電流が変化しなければ、コイルを貫く磁束も変化しないので、 自己誘導は発生しない からです。 コイルでの電圧降下が0 であることに注目すると、回路を流れる電流I、抵抗値R、起電力Vの間には、 オームの法則からV=RI が成り立ちます。

以前に、抵抗RとコンデンサーCからなるRC回路を学びましたが、RC回路とRL回路は似ています。 RC回路 では コンデンサーの電気量Q が時間経過により、「0→一定」となるのでした。 RL回路 では コイルの電流I が時間経過により、「0→一定」となるのです。RC回路とRL回路を対応させて覚えておきましょう。