物理
高校生
解決済み

この問題のカについてで、図3のように、ad間、bc間は導線で繋がれているから等電位になり2枚目の写真の式が立てられるのは分かるのですが、それぞれの起電力が異なってショートするなどということはありえないのでしょうか?教えて欲しいですm(_ _)m

wwwwwww 電気容量のコン S デンサー, 自己イン ダクタンスのコイ ルとスイッチ S か XC L P らなる回路が,十分 に長い2本の平行な導体のレールに接続されている。 レールは間隔が で、水平に対して角度だけ傾いていて, 質量Mの導体棒Pが水平 に置かれている。 レール面に垂直に磁束密度Bの一様磁場がかけられ ている。Pはレール上を水平なまま, 摩擦なく動き,レールに沿って 下向きを正とする。電気抵抗は全て無視でき,重力加速度をgとする。 ISを帯電していないコンデンサーに接続し, Pを静かに放す。Pが レールを滑り落ち,速度がりになったとき,コンデンサーの電気量 Qは,Q=アである。このとき,Pを流れる電流をIPの加 速度をαとすると,Pの運動方程式は, Ma=イと表される。さ らに短い時間 4tの間にPの速度が4v だけ, コンデンサーの電気 量が4Qだけ増えたとすると, C, B, d を用いて, I=ウ Xa となる。これらの式から,Pが滑り落ちているときの電流IはI= と一定となることがわかる。 そして, Pが距離 xだけ滑り落 ちたときの速度はオである。 IISをコイルに接続し,Pを静かに放す。Pが x だけ滑り落ちたとき の速度をv,コイルに流れている電流をIとする。さらにPは短い 時間4tの間にdx=udtだけ移動した。電流の増加量を AIとする と,Pとコイルの2つの誘導起電力の関係からAIカ × 4x という関係式が得られる。 この式より, Pxだけ滑り落ちたとき て, Ma T= となる。そしてPの運動方程式は, x を用い クと表される。これよりPは振幅A=ケ 周期 コで単振動をすることがわかる。 そして, 位置 xでの速さ vは,v=サである。 ( 京都大 +東北大)
カ回路に抵抗がないため, コイルの自己誘導起電力の大きさ VsとPの誘 導起電力の大きさ V = vBd が等しいから(次図) LAI == = vBd
= Ax -Bd At :. AI = Bd × 4x4 L Vs Bd キ ④より I= X (5) L b a d V = vBd J 図3

回答

✨ ベストアンサー ✨

問題解く際には気にしなくていい事ですけど
ショートするだけ大量の電流が流れるって事はΔI/Δtがとても大きくなるので実質的にコイルの電圧が足りないという事は考えなくていいです。
そもそもコイルがあるためにわざわざ別で考えなくてもいいですが、現実問題としては回路の自己誘導起電力があるのでショートの時には自己誘導起電力分の電圧が差分に生じていると考える事もできます。

りんご

回答ありがとうございます!納得しました!
また、この問題に関して、新たに2つよく分からないことがあるのですが、1つ目は、このPは等速でもし動いているとしたら、Iは変化しないが、この問題でIが変化していると言う事は、Pは等速では動いていない。だが、この問題のを簡単にするために、Δx= vΔtと微少時間t間では速度は一定としていると言う認識でよろしいのでしょうか?また2つ目は写真のように電位差がないところで、電流が流れるというのがよくわからないです。もしよろしければ教えていただけると幸いです。

ものぐさ

そうですね、大っぴらに微分っていえないので、微小な時間で一定とみなしてってしてますね

電位差が無いところという認識もちょっと違うと思いますけど、そもそも電位差の関係と電流の関係はそれぞれ独立していまして
質問者さんの認識では電流は必ず高い所から低い所に流れるみたいな認識のつもりかもしれませんが、電位差と電流の方向は無関係というわけではないけど直接関係するわけではありません。
力が直接関係するのは基本的には加速度ですが間接的に速度にも影響及ぼすみたいなものです。

実際に電池の中は電位が低い方から高い方に流れますし、状況によっては電池の中も高い方から低い方に電流は流れる事はあります。

りんご

電流と電位差の関係がそれぞれ独立しているというのがまだ分かりません、もう少し詳しく教えていただくことは可能でしょうか?
写真のホイートストンブリッチでは、真ん中の部分の電位差がないから電流が流れないという風にかんがえていました、

ものぐさ

ホイートストンブリッジの中心の検流計には抵抗がありますので、電流が流れると電位差が両端で生じてしまいます。だから電流がながれません。

問題のケースは電流の変化がないと電位差分の起電力が生じないので、電流の変化が生じます。

りんご

そうなのですね!理解しました!最後まで丁寧に答えて下さりありがとうございました!!

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