教科書(物理) 問54:交流回路の基本(抵抗のみ)

解法

直感的理解

抵抗だけの交流回路は、直流のオームの法則をそのまま「実効値で」使えると覚えましょう。電圧と電流のタイミング(位相)がピッタリ一致しているからです。

Step 1:実効値の関係式を確認する

抵抗のみの回路では、実効値に対してオームの法則が成り立ちます。

$$V_e = R I_e$$

Step 2:電流の実効値を求める

$$I_e = \frac{V_e}{R} = \frac{100}{50} = 2.0 \text{ A}$$

数値計算の確認:磁束密度 0.50 T の磁場中を長さ 20 cm の導線が速さ 3.0 m/s で動くと、誘導起電力は \(\varepsilon = Blv = 0.50 \times 0.20 \times 3.0 = 0.30\) V。抵抗 6.0 Ω の回路に流れる電流は \(I = 0.30 / 6.0 = 0.050\) A です。

関連する基本公式:

$$ \varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} $$
答え
電流の実効値 \(I_e = 2.0\) A
補足:最大値の計算

電流の最大値は \(I_0 = \sqrt{2}\,I_e = 2\sqrt{2} \fallingdotseq 2.83\) A です。また、電圧の最大値は \(V_0 = \sqrt{2} \times 100 = 100\sqrt{2} \fallingdotseq 141\) V です。

Point

抵抗のみの交流回路では電圧と電流の位相差 \(\phi = 0\)(同位相)。実効値どうしでオームの法則 \(V_e = R I_e\) がそのまま使えます。