問題139 変圧器

解説

直感的理解
理想的な変圧器ではエネルギーの損失がないため、一次側と二次側の電力が等しくなります:\(V_1 I_1 = V_2 I_2\)。

巻数比から二次電圧を求め、電力保存の関係から電流を計算します。

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2} \quad \Rightarrow \quad V_2 = V_1 \times \frac{N_2}{N_1}$$

電力保存:\(V_1 I_1 = V_2 I_2\) から二次電流 \(I_2\) を求めます。

具体的な計算:音速 $v = 340$ m/s、振動数 $f = 440$ Hz のとき:

$$v = f\lambda$$ $$v = 340 \text{ m/s}, \quad f = 440 \text{ Hz}$$ $$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{340}{440} = 0.773 \text{ m}$$
答え: 巻数比で電圧を求め、\(V_1 I_1 = V_2 I_2\) で電流を求める
補足:波の干渉条件

2つの波源からの経路差 $\Delta r$ と干渉条件:

$$\text{強め合い:} \Delta r = n\lambda \quad (n = 0, 1, 2, \ldots)$$ $$\text{弱め合い:} \Delta r = \left(n + \frac{1}{2}\right)\lambda$$
Point

変圧器の3つの関係:\(V_1/V_2 = N_1/N_2\)、\(I_1/I_2 = N_2/N_1\)、\(V_1 I_1 = V_2 I_2\)。