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178 2023年度 物理
[II] つぎの文の
法政大 2/14
法政大 - 2/14
2023年度 物理 179
に入れるべき数値を解答欄に記入せよ。
抵抗1の電圧降下V の実効値は.
(g) 度となる。
(f)
Vとなり, Vac と Vの位相差は
コイル1
コイル2
電池を使ってスマートフォンを充電する場合など, 電圧を上げる昇圧が必要と
なる。 コイルを用いた昇圧の原理を、 図2-1を用いて考えてみよう。 ただし、
コイル1とコイル2. コイル3とコイル4はじゅうぶん長い鉄心に密に同じ向き
に巻かれ、2つのコイルを貫く磁束は等しいものとする。 また, 電池1の起電力
を1V, コイル 1. コイル2の自己インダクタンスを1mH, コイル1とコイル
2の相互インダクタンスを1mH 抵抗1の抵抗値を100Ω とする。 最初は全て
のスイッチを開き, コイルに流れている電流は0とする。
S1
S6
S3
S2
S5
(i) 図2-1の回路において, 抵抗1に電池よりも高い電圧を加えるため、つぎ
のようにスイッチを操作する。 まずスイッチS1およびS2を閉じコイル1に
電流を流す。 S1 S2を閉じてから1ms後にコイル1を流れる電流は
(a) Aとなる。 S1 S2を閉じてから1ms後にS2を開き同時にS3を
閉じる。 このとき, 抵抗1の両端の電位差は (b) Vとなり 電池の起電
力よりも高くなる。 じゅうぶん時間が経つと, 抵抗1の両端の電位差は
(c) Vとなり低下する。
(ii) このため,いったんS3 を開き, (i)と同様にS1とS2を閉じたのち, S2を
開き同時にS3を閉じる。 これを繰り返すことで抵抗に加わる電圧を電池の起
電力よりも高くすることができる。
(ii) いったん全てのスイッチを開き, S4を閉じることでコイル1およびコイル
2 を直列に接続する。 このときのコイル 1. コイル2の電流は0とする。 この
直列接続されたコイルの自己インダクタンスは (d) mHである。 この状
態でS1, S5を閉じる。つづいて1ms後にS5を開き同時に S6を閉じる。
このとき 抵抗1の両端の電位差は (e) Vとなる。
電池1
S7
図2-1
コイル3
コイル4
抵抗 1
V.
交流電源1
~ Vac
交流電圧であれば変圧器 (トランス) を用いて容易に電圧を昇圧することがで
きる。
抵抗 1
(iv) 図2-2において, S7を閉じる。 ここで, コイル 3, コイル4の自己イン
ダクタンスをそれぞれ1mH, 100mH コイル3とコイル4の相互インダクタ
ンスを10mH 交流電源1の電圧Vac の実効値を1Vとする。 このとき,
図2-2