電磁誘導

I

プロローグ

コイルをつらぬく磁束Φが変化するとき、そのコイルに起電力Vが生じ、次のような式であらわすことができる。

これを電磁誘導の法則という。電磁誘導はイギリスの物理学者マイケル・ファラデーによって発見され、発電機や変圧器の原理になっている。起電力が発生すれば、電流がながれるのでコイルは磁場をつくるが、誘導される起電力は磁束の変化をさまたげるような向きに発生する。これは1834年、ハインリヒ・レンツによって発見されたので、レンツの法則とよばれる。→ 磁気：電気

II

発電機

コイルを一様な磁場中におき、回転させるとコイルをつらぬく磁束が変化する。そのとき、電磁誘導の法則より、起電力が発生することがわかる。コイルをつらぬく磁束はΦ = Φ₀cosωt(ωは角速度)となるので、起電力Vは、

となり、交流起電力が発生する。このようにして、運動エネルギーは電気エネルギーに変換される。

III

相互誘導

固定された2個のコイルのうち、一方のコイル(1次コイル)に電流をながすとき、他方のコイル(2次コイル)に電流がながれる現象を相互誘導という。1次コイルに電流Iをながすと磁場が発生する。このとき、nΦ = MI(nは2次コイルの巻数)となるような電流に比例した磁束Φが2次コイルをつらぬくため、電磁誘導の法則より2次コイルに起電力Vが発生する。すなわち、

比例定数Mは2個のコイルの形状、大きさ、巻数、材質、位置関係などによって決まる定数で、相互インダクタンス(相互誘導係数)とよばれ、SI組立単位では発見者の名をとってヘンリー[H]であらわされる。

IV

自己誘導

コイルに電流をながすと、その流れをさまたげる向きに起電力が発生する。これを自己誘導という。コイルに電流をながすと磁場が発生し、nΦ = LI(nはコイルの巻数)と電流に比例した磁束Φが自身のコイルをつらぬくため、電磁誘導の法則よりコイルに起電力Vが発生する。これを式であらわすと、

となる。ここで、比例定数Lはコイルの形状、大きさ、巻数、材質などによってきまる定数で、自己インダクタンス(自己誘導係数)とよばれ、相互インダクタンスと同じく単位はヘンリー[H]である。自己インダクタンスが大きければ、電流の変化をおさえようとする誘導起電力は大きくなる。これは一種の慣性をあらわしており、質量に対応するような物理量である。