至急!!物理 交流 何卒お助けください

質問

物理 交流 何卒お助けください
図3は直流発電機の模式図である。
図3の右側の磁石の磁極をN、左側のそれをSとし、コイルabcdは磁石の作る磁場の中で軸を中心にして回転する。

整流子に接触したブラシの端子Xと端子Yの間に抵抗をつないで、図3に示した矢印の向きに一定の速さでコイルを回転させると端子XYの間に電圧が発生し、抵抗に電流が流れた。ただし、図3のようにコイルが水平になった時刻をt=0とする。

問1 コイルが１回転する時間をTとする。抵抗に流れる電流の時間変化を横軸に時刻tをとって表したグラフとして最も適当なものを次の(1)～(4)のうちから一つ選べ、ただし端子X→抵抗→端子Yの向きに流れる電流を正とする。

問1は正解のグラフは電流が時間0で最大でT/4まで下がって行ってT/4で0になり、T/4からT/2で又上がって行き、T/2で最大になり、T/2から3T/4までで下がっていき3T/4で0になり3T/4からTまでで上がって行きTで最大になるというグラフなんですが、コイルを貫く磁場をBコイルを断面積をSとしてコイルを傾角をθとすると
コイルを貫く磁束φ＝BScos2πｔ/Tですよね、よってコイルに生じる誘導起電力V=-Δφ/Δtより
V=-2π/T×BSsin2πｔ/Tですよね、この式から電流のグラフが(3)とどうやって分かるんですか？

t=0からT/4では0からだんだん誘導起電力は下がっていきますよね、T/4で最小値になって
T/4からT/2で徐々に大きくなっていってT/2で0になりますね。

T/2から３T/4で徐々に大きくなっていって3T/4で最大値になって、3T/4からTまでで徐々に小さくなっていってTで0になりますね

V=RIの関係からVとIは比例しますが(3)のグラフにならないんですが
何故なんでしょうか？

回答No.30

gohtraw

はぐらかすのはやめてもらおうか。

どの瞬間かを特定せずに「誘導起電力は発生し続けている」
と言える根拠は何だ？

＞この時、90°の手前まで流れていた電流の向きと逆向きにコイルに
＞電流は流れるんですよね？この理由が分からないんです

tknakamuri酸の説明と私の説明の両方を「きちんと」読んでも
判らないなら、多分永遠に判らんよ。あばよ。

お礼

御返答有難うございます

補足

ですから、磁石はずっと磁場を出し続けていて、コイルもずっと回転してるからですよ

回答No.29

gohtraw

＞瞬間というのはどこの事ですか？
それを把握しないままにどうして誘導起電力は発生し続けている
などど言えるのかな？

だから過去のやり取りをきちんと読めと言っているのに、それを
しないから
＞瞬間というのはどこの事ですか？
などという●●●なことになるんだ。

そもそも君が
＞このときというのは電流が流れていなかったわけですが
と言い出したのに対して
私が
「つまり図の状態からコイルが９０度回転した辺りということか？」
と答えている。

過去のやり取りをきちんと把握しないままに補足なんか付けるなよ。
時間と労力の無駄なんだよ。

お礼

御返答有難うございます

補足

90°あたりというか90°で電流は止まります、とまりますが、回転が進んで又ブラシと整流子が繋がると電流は流れます、この時、90°の手前まで流れていた電流の向きと逆向きにコイルに電流は流れるんですよね？この理由が分からないんです

回答No.28

中村 拓男（@tknakamuri）

>何でですか？傾いているだけで、同じじゃないんですか？

同じに見えるならご愁傷様です。
もう何もいうことはありません。

お礼

御返答有難うございます

補足

そんな～、分かるまでお願いします

回答No.27

gohtraw

いかん、釣られてこっちまで不正確な言葉使いをしてしもうた。

＞コイルは回転しているのでコイルを貫く磁束の変化を妨げる向きに
＞誘導起電力は発生するからです。

では今議論の対象になっている瞬間の磁束の変化率は？

お礼

御返答有難うございます

補足

瞬間というのはどこの事ですか？0からT/4までだと磁束を減らそうと起電力が働きます

回答No.26

gohtraw

>コイルを貫く磁束の変化
このときの磁束の変化は？

お礼

御返答有難うございます

補足

それは時間によります、0からT/4までだったら磁束は増えようとしますから減らす方向にコイルに誘導起電力が発生します

回答No.25

gohtraw

＞整流子が90°傾いたとき、ブラシとの接続が切れて電流は止まります、
＞でも誘導起電力は発生し続けてませんか？

なぜそうなるか、きちんとした説明希望。

お礼

御返答有難うございます

補足

磁石の間で磁場は発生し続けていて、コイルは回転しているのでコイルを貫く磁束の変化を妨げる向きに誘導起電力は発生するからです。

回答No.24

gohtraw

＞何でa>dと最初分かるんですか？
どういうタイミングかは別として、必ずそうなる時期があるということ。
そしてその大小関係が
ａ＞ｄ　→　ａ＝ｄ　→　ａ＜ｄ　→　ａ＝ｄ　・・・・
のように順次変わっていくということ。

＞a=dは電流が流れなくなって0だからですよね
電位差がゼロになるのが先。電流は結果。

回答No.23

gohtraw

＞このときというのは電流が流れていなかったわけですが誘導起電力は発生し続けて居て
「このとき」というのはブラシが整流子の切れ目の部分に接しているときのことか？
つまり図の状態からコイルが９０度回転した辺りということか？
そのとき「誘導起電力は発生し続けて」いる？really？

お礼

御返答有難うございます

補足

整流子が90°傾いたとき、ブラシとの接続が切れて電流は止まります、でも誘導起電力は発生し続けてませんか？

回答No.22

gohtraw

図のコイル上の二点ａとｄの電位を比較すると、周期的に
ａ＞ｄ　→　ａ＝ｄ　→　ａ＜ｄ　→　ａ＝ｄ　・・・・
と変化している。交流発電機において二つのブラシＰおよびＱが
常にａおよびｄにそれぞれつながっているとすると、ＰとＱの電位差
を考えた場合、
Ｐ＞Ｑ　→　Ｐ＝Ｑ　→　Ｐ＜Ｑ　→　Ｐ＝Ｑ　・・・・
と周期的に変化する。
「つながっている」というのは正確な表現とはいえないが、図のような
状態のとき、ｄとＹ、ａとＸがそれぞれ「つながっている」と表現する。

図の発電機の場合、
コイル上の二点ａおよびｄとブラシＸおよびＹのつながり方は
コイルが半回転するたびに入れ替わり、その入れ替わりのタイミングは
ａとｄの電位が等しくなるときである。
例えばａとｄの電位差がａ＞ｄであるときにａとＸ、ｄとＹがつながっている
とすると、ブラシの電位はＸ＞Ｙである。また、電位がａ＜ｄとなるときには
ａとＹ、ｄとＸがつながっているので、ブラシの電位はやはりＸ＞Ｙ
となる。

以上まとめると、整流子を持つ発電機の場合、コイル上の二点ａとｄの
電位の大小が
ａ＞ｄ　→　ａ＝ｄ　→　ａ＜ｄ　→　ａ＝ｄ　・・・・
と変化するとき、ブラシＸとＹの電位の大小は
Ｘ＞Ｙ　→　Ｘ＝Ｙ　→　Ｘ＞Ｙ　→　Ｘ＝Ｙ　・・・・
という具合に変化する。

お礼

御返答有難うございます

補足

>ａ＞ｄ　→　ａ＝ｄ　→　ａ＜ｄ　→　ａ＝ｄ　・・・・
何でa>dと最初分かるんですか？a=dは電流が流れなくなって0だからですよね？a<dも何故なのか分かりません

回答No.21

中村 拓男（@tknakamuri）

取りあえず、ブラシを電極の隙間が通過する前後の、整流子の図をあげときます。
接続(極性)が切り替わるのは一目瞭然ですよね。

お礼

御返答有難うございます

補足

何でですか？傾いているだけで、同じじゃないんですか？