センター2017物理追試第1問 問3「コンデンサーとコイルのリアクタンス」

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■「リアクタンス」の前に「インダクタンス」

物理が苦手な文子
問題文にある「リアクタンス」って何?

物理が得意な秀樹
教科書ではコイルが出てくるあたりから,似たような言葉が並ぶよね。「インダクタンス」,「リアクタンス」,「インピーダンス」などね。

物理が苦手な文子
そうそう。どれも似ていて紛らわしいのよ。

物理が得意な秀樹
この中で「インダクタンス」はコイルによって決まっている値なんだ。「このコイルの自己インダクタンスは3μHだ」っていう感じだね。

物理が苦手な文子
「この電気抵抗の抵抗値は3Ωだ」っていうのと一緒?

物理が得意な秀樹
そういうことだよ。「このコンデンサーの電気容量は3μFだ」っていうのも一緒。

物理が苦手な文子
「3μH」って何て読むの?

物理が得意な秀樹
「3マイクロヘンリー」だよ。「H」というのが自己インダクタンスの単位で「ヘンリー」と読むんだ。「μ」は100万分の1を表していて「マイクロ」と読むんだね。

物理が苦手な文子
「自己インダクタンス」って,何で「自己」って付いてるの?

物理が得意な秀樹
インダクタンスには「自己インダクタンス」と「相互インダクタンス」という2種類があるんだ。「相互インダクタンス」の方は,2つのコイルが組み合わさって決まる値なんだ。自己誘導起電力,相互誘導起電力の式に出てくるんだ。

物理が苦手な文子
なんか,この2つの式も難しいわね。

■「リアクタンス」って何?

物理が得意な秀樹
まぁ,この式は今は使わないから「そういう式があるんだ〜」っていう感じでいいよ。話を問題に戻すと,「リアクタンス」について考える問題だよね。

物理が苦手な文子
そうね。で,「リアクタンス」って何?

物理が得意な秀樹
コンデンサーやコイルに交流電圧をかけると,電圧と電流の間にオームの法則のような関係が成り立つんだ。その関係で,抵抗に相当する部分を「リアクタンス」というんだ。なので,リアクタンスの単位は「オーム〔Ω〕」なんだ。

物理が苦手な文子
コンデンサーやコイルが抵抗になるっていうこと?

物理が得意な秀樹
交流の時だけ「抵抗のようなもの」になるっていう感じかな。オームの法則は成り立つけど,ジュール熱は発生しないし,そもそも直流だと成り立たないんだ。

物理が苦手な文子
交流の時だけなのね。

物理が得意な秀樹
コンデンサーやコイルのリアクタンスは,次のような式で表すことができるんだ

物理が苦手な文子
この式は覚えていなきゃダメなの?

物理が得意な秀樹
導き出せることは出せるんだけど,覚えておいた方がいいかな。

物理が苦手な文子
覚えなきゃダメか・・・

物理が得意な秀樹
この式を覚えておけば,この問題に関してはすぐに答えが出るよね。

物理が苦手な文子
確かにそうね。コンデンサーのリアクタンスは,交流の角周波数\omegaに反比例するし,コイルのリアクタンスは\omegaに比例するわね。

物理が得意な秀樹
そうだよね。なので,答えは⑦だ。

 

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