問題 25. 交流回路 (108) 交流の発生 CHOM 図のように, 磁束密度の大きさ B〔T〕 の一様な磁場中に,一辺の長さ (21〔m〕 の正方形コイル abcdを置いた。 このコイルは,辺bcの中点を通り辺 ab に平行な軸のまわりに回転するこ とができ,この回転軸が磁場と垂直に B b C N 物理 R f S なるように設置されている。 時刻 t = 0〔s) において,辺bcは磁場と平行で あり,cからbへの向きが磁場の向きと一致していた。 このコイルに抵抗値 R[Ω] の抵抗を接続し、 コイルを図に示した向きに一定の角速度 [rad/s〕 で 回転させた。 ただし, コイルの誘導起電力および抵抗を流れる電流は, a→b→c→d→efaの向きを正とする。 (I) 時刻において,辺ab に生じる誘導起電力はいくらか。 (2) 時刻において, コイル abcd全体に生じる誘導起電力はいくらか。 (3)時刻において, 抵抗を流れる電流はいくらか。 (4) 抵抗を流れる電流の実効値はいくらか。 (5)抵抗で消費される電力の平均値はいくらか。 <福岡大〉 解説 (1)0 <wt<〔rad〕のときに 2 ついて,コイルをad側から見て考えよう (右 図)。 辺ab は, 半径[m〕, 角速度w [rad/s〕 で回転しているので,速さはww [m/s] である。 時刻 [s] では, コイルが磁場方向からwt[rad〕 磁場に垂直な成分 lw wt wt lwcoswt a(b) N S d(c) a (b) |d(c) Iw 金 (3) だけ傾いているので,辺abの速度の磁場に垂直な成分はlwcoswt[m/s]で ある。 辺ab に生じる誘導起電力Vab 〔V〕 は, a→bの向きに生じ, 正なので, Vab=Wwcoswt・B・21=21wBcoswt[V〕 (2)(I)と同様に考えて,辺cdに生じる誘導起電力 Va〔V〕は, c→dの向きに生 じ,正なので, Ved=212wBcoswt[V] また,辺bcと辺adには誘導起電力は生じない。 したがって, コイル abcd